Paraguay innova en electrónica de potencia con sus investigaciones

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El Laboratorio de Sistemas de Potencia y Control de la FIUNA, montó un el primer aerogenerador de 15kW de Paraguay en 2019. (CONACYT)
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Desde hace unos años, un laboratorio de la FIUNA en Luque investiga, entre otras líneas, sobre fuentes de energías renovables diferentes a la hidráulica. Este 2020, con un grupo más amplio y con un programa de posgrado en ingeniería electrónica, un trabajo de ese equipo recibió el Premio Nacional de Ciencia de Paraguay (PNC).

Fue el año más competitivo del galardón, ya que se presentaron 98 candidaturas de diferentes investigadoras e investigadores de todas las áreas del conocimiento científico.

El Laboratorio de Sistemas de Potencia y Control (LSPyC) de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Asunción, que está ubicado en el Centro de Innovación Tecnológica (Citec), tiene mucho que celebrar este año. Primero, porque a finales de junio se graduó el primer doctor en ingeniería electrónica, con énfasis en electrónica de potencia, de la Facultad de Ingeniería de la UNA y, obviamente, por conquistar el máximo galardón otorgado a los investigadores a nivel nacional.

Si bien es cierto que Paraguay todavía invierte poco en Investigación y Desarrollo, también es verdad que puede destacarse en algunas áreas cuando de creación del conocimiento se trata. En este caso, en ingeniería de potencia, el trabajo de investigación galardonado con el PNC compite con otros sistemas similares de accionamiento de motores de inducción. Es el resultado de crear un nuevo algoritmo de control modulado aplicado a accionamientos de motores de inducción con más de tres fases (motores multifásicos).

El trabajo tendría aplicaciones directas en la industria y, específicamente, en vehículos eléctricos. Magno Ayala, Jesús Doval-Gandoy, Jorge Rodas, Osvaldo González, Raúl Gregor y Marco Rivera son los ganadores de la edición 2020 del PNC por su trabajo “Nuevo control predictivo modulado aplicado a la máquina de inducción de seis fases”.

Cuatro de los investigadores hablaron con Ciencia del Sur sobre sus estudios, las implicancias que tendrán sus investigaciones y la importancia de contar con profesionales dedicados a la ciencia en nuestro país.

-¿Cuáles son los trabajos y líneas de investigación que tiene actualmente el Laboratorio de Sistemas de Potencia y Control (LSPyC) de la FIUNA?

Gregor: El LSPyC lleva adelante líneas de investigación enfocadas principalmente al sector energético con una visión de desarrollo sostenible. En este contexto, tomamos como punto de partida los ejes estratégicos establecidos en el Plan Nacional de Desarrollo Paraguay 2030 sobre el cual centramos los pilares de nuestra investigación.

Los proyectos en cierta forma responden a una necesidad nacional de afianzar la estrategia de desarrollo energético desde una perspectiva de innovación teniendo en cuenta enfoques de eficiencia energética.

Se destacan proyectos de investigación enfocados en la integración de otras fuentes renovables diferentes a la hidráulica, a la matriz energética nacional, tales como la solar fotovoltaica y la eólica con la finalidad buscar un mejor aprovechamiento del potencial energético disponible a nivel nacional.

Por otro lado, somos conscientes de que la estrategia no debe enfocarse únicamente en aumentar la capacidad de generación sino que debe complementarse con mecanismos que permitan el mejor aprovechamiento de la energía, lo cual deriva en el desarrollo de proyectos de investigación complementarios enfocados en la eficiencia energética y la calidad de red.

Estas líneas son complementarias y resumen de manera adecuada los proyectos desarrollados actualmente en el LSPyC de la FIUNA.

(De izq. a der.) Los investigadores Raúl Gregor, Magno Ayala, Jorge Rodas y Osvaldo González, galardonados con el Premio Nacional de Ciencia 2020. (Gentileza)

-¿En qué revistas y congresos publica o participa el grupo?

Gregor: En sus inicios (año 2009) los resultados de la investigación de los proyectos desarrollados en el LSPyC eran mayoritariamente publicados en conferencias internacionales arbitradas e indexadas, lo cual posibilitaba una validación internacional de los resultados, otorgada por pares evaluadores especialistas en el área que desarrolla el LSPyC.

Sin embargo, en los últimos años hemos fortalecido el laboratorio con equipos de instrumentación de vanguardia e incorporamos investigadores gracias al apoyo del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT).

Esta sinergia ha traído asociada una dinámica de publicación de artículos científicos mucho más fuerte, y hemos pasado de lograr aportaciones científicas en conferencias internacionales arbitradas e indexadas a consolidar un posicionamiento relevante en la comunidad científica internacional.

Que ha sido producto de las publicaciones logradas en revistas internacionales del más alto factor de impacto en nuestra área de competencia, como por la IEEE Transaction on Industrial Electronics, revista donde se han publicado los resultados de la investigación que deriva actualmente en la adjudicación del Premio Nacional de Ciencia 2020.

Resulta importante notar que esta dinámica la hemos podido conseguir gracias al trabajo mancomunado con prestigiosos colegas internacionales con quienes formamos una red de cooperación en el marco de proyectos de interés común articulados mediante convenios de cooperación interinstitucionales.

-Fue un año muy competitivo en el Premio Nacional de Ciencia. ¿Por qué consideran que sobresalió vuestro trabajo?

Gregor: Creemos que se ha valorado el factor de impacto de la revista donde se ha publicado el trabajo. Se ha tenido en cuenta también el grado de aplicabilidad de esta nueva tecnología a nivel nacional y por sobre todo el aporte realizado al estado del arte de la técnica en el área de estos sistemas de potencia que encuentran aplicaciones prácticas en el sector industrial, en el área de las energías renovables y por sobre todo en movilidad eléctrica que es un área muy activa últimamente.

Consideramos, además, que se ha dado valor a las redes de cooperación en el ámbito de la investigación, y en este contexto, el artículo científico galardonado cuenta con la coautoría de prestigiosos docentes investigadores de universidades y grupos de investigación de España y Chile.

Fue el año más competitivo del Premio Nacional de Ciencia, según el Congreso Nacional. El jurado analizó en total 98 candidaturas. (SenadoTv)

-El jurado valoró especialmente en esta ocasión la calidad de las candidaturas, alegando que se está logrando publicar en revistas de alto impacto. Como investigadores, ¿les cuesta mucho publicar en revistas de alto impacto trabajando desde Paraguay?

Ayala: Cuesta mucho lograr una publicación científica. Para publicar en revistas de alto impacto es necesario, en la mayoría de los casos, poseer bancos de pruebas experimentales con equipos de instrumentación de buena calidad y calibrados. Resulta además complejo desarrollar estas bancadas.

Muchos de los materiales se trajeron del extranjero para armar las bancadas y realizar los experimentos. Además, publicar en revistas de alto impacto toma tiempo y mucho esfuerzo ya que suelen tener muchas revisiones de pares internacionales.

-¿De qué trata específicamente el «Nuevo control predictivo modulado aplicado a la máquina de inducción de seis fases»?

Ayala: En procesos industriales, aplicaciones de tracción eléctrica o energías renovables (generadores eólicos, entre otros), se requiere regular la velocidad de la máquina para lograr un rendimiento óptimo. Esta contribución científica aporta un novedoso esquema de control basado en una técnica denominada “control predictivo basado en el modelo” y combina estrategias de modulación para maximizar la eficiencia del control que se traduce en la reducción de pérdidas por efecto joule, entre otras cosas.

Desde un punto de vista técnico, el algoritmo propone la utilización de 4 vectores espaciales con el fin de sintetizar mayores voltajes a ser aplicados a la máquina de seis fases.

Se lograron buenos resultados con esta técnica que incluso logró funcionar de manera óptima cuando la maquina era sometida a velocidades elevadas. Estos resultados contrastan con los obtenidos a partir de las versiones clásicas del control predictivo, que bajo condiciones normales de operación arrojaban inconvenientes específicamente en lo que respecta al control de velocidad.

-¿Tendría aplicación en la industria? ¿Hay alguna relación con los estudios en energía eólica que ya estaban realizando?

Ayala: La aplicación es de tracción eléctrica con seis fases, es de uso general, es decir, se puede utilizar en muchas aplicaciones industriales que requieren un tiempo de respuesta rápido y alta precisión (servoaccionamiento), y más específicamente en aquellas aplicaciones donde se requiera elevada potencia y alta fiabilidad.

Hay una relación, ya que los algoritmos diseñados también los utilizamos en el área de generación eléctrica, particularmente la eólica, solo que el flujo de potencia es invertido.

-¿Cuál es la innovación en su investigación? ¿Compite con otros sistemas similares ya vigentes en el mercado?

González: La innovación es la implementación de un nuevo algoritmo de control modulado aplicado a accionamientos de motores de inducción con más de tres fases, conocido en la literatura como motores multifásicos. Por lo tanto, este algoritmo de control permite operar al sistema a velocidades mayores en comparación a los controladores clásicos existentes.

Es decir, que el control propuesto es una alternativa adecuada para aplicaciones de alta exigencia y potencia, por ejemplo de vehículos eléctricos.

En ese sentido, el trabajo de investigación compite directamente con otros sistemas similares de accionamiento de motores de inducción, debido a que el sistema propuesto consta de una máquina multifásica y esto brinda la robustez necesaria al sistema ya que el mismo continuaría operando en ausencia de una de las fases del motor sin la necesidad de modificar el hardware sino modificando solamente el algoritmo de control.

El trabajo del LSPyC se enfoca en proyectos de investigación sobre la integración de otras fuentes de energías renovables diferentes a la matriz energética nacional (hidráulica), como la solar fotovoltaica y la eólica. (LSPyC)

-El doctorado que tienen en ingeniería electrónica en la UNA, ¿fue un espaldarazo para realizar investigación en el área y llegar a premios como el PNC?

González: Es importante mencionar que el doctorado en ingeniería electrónica se centra en la formación de docentes investigadores con la capacidad de generar conocimiento científico en temas relacionados con la conversión de energía, abordando por ejemplo el control avanzado de convertidores de potencia, los cuales son utilizados en los accionamientos de motores.

Por lo tanto, podemos decir que este tipo de programas nos brinda la oportunidad de generar trabajos de investigación de alta relevancia en el ámbito de la electrónica de potencia. En tal sentido, esto nos permitió llegar al reconocimiento más importante en materia de investigación como lo es el PNC 2020, el cual nos motiva a seguir aportando en el área en el cual nos desempeñamos.

-En el área que trabajan, ¿mejoró mucho la investigación en los últimos años en Paraguay?

González: La investigación en nuestro país se encuentra en constante desarrollo, en los últimos años y específicamente en el área  en el que trabajamos ha tenido un crecimiento importante desde el punto de vista de los avances y el desarrollo progresivo de nuevas tecnologías el cual nos permite utilizar procesadores digitales de señales más potentes.

De esta manera es posible implementar algoritmos de control más sofisticados para aplicaciones de alta prestaciones como el presentado en el trabajo de investigación  propuesto.

-¿Qué medidas consideran necesarias para mejorar la financiación e importancia de la ciencia en el país?

Rodas: Con relación a la financiación de las investigaciones llevadas a cabo en el país, una opción interesante sería fortalecer estrategias que posibiliten una adecuada articulación entre las necesidades del sector productivo del país y el desarrollo de estos proyectos.

En países desarrollados, muchas de las investigaciones que se llevan a cabo en universidades son financiadas por el sector productivo. Los alumnos de doctorado realizan sus investigaciones en temas relacionados a las necesidades de una empresa en particular, y por tanto, posee la financiación del proyecto.

-¿Cómo ven el papel del CONACYT como ejecutor de las políticas de ciencia y tecnología?

Rodas: El CONACYT sin lugar a dudas ha asumido un rol de relevancia en cuanto al fomente de la ciencia y tecnología a nivel país. Gracias a programas como PROCIT, PROCIENCIA y otros, se ha logrado la formación de recursos humanos orientado a la investigación, la ejecución de proyectos de investigación con colaboración de grupos de investigación de élite a nivel mundial.

Asimismo, mediante programas como el PRONII se ha potenciado la dedicación de muchos investigadores a actividades de ciencia tecnología e innovación bajo un régimen de dedicación completa. En este punto cabe destacar que la mayoría de las universidades nacionales poseen escasos recursos destinados a la incorporación de docentes investigadores tanto a tiempo parcial como a tiempo completo.

Además, las universidades cuentan con fondos limitados para promover proyectos de investigación de envergadura, ya que por lo general para avanzar en el estado del arte de la ciencia se requiere una buena cantidad de recursos económicos que se destinan en un alto porcentaje al fortalecimiento de la infraestructura, la adquisición de equipamientos de vanguardia, etc.

-¿Es muy difícil unirse al grupo de investigación? ¿Qué requisitos deben reunir los estudiantes de ingeniería o de otras áreas para trabajar con ustedes?

Rodas: Por lo general las personas interesadas inician haciendo pasantías en el laboratorio, para posteriormente realizar sus trabajos finales de grado en el marco de alguna de las líneas desarrolladas en el LSPyC. Las puertas del laboratorio siempre están abiertas para apoyar la formación de jóvenes.

Se espera únicamente un compromiso de constancia y perseverancia de parte de ellos, ya que los trabajos asignados son parte fundamental de un engranaje nos ayudan a seguir avanzando como equipo apostando al desarrollo de la ciencia, la tecnología y la innovación para el desarrollo nacional.

 

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