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El análisis de potencia de alta precisión de Yokogawa ayuda al Solar Team Twente a llevar su coche al primer puesto en Marruecos

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Yokogawa Test&Measurement anuncia que su analizador de potencia de precisión WT5000 ha sido utilizado por el Solar Team Twente para ganar el primer Solar Challenge Morocco (Desafío Solar de Marruecos). El WT5000 ayudó al Solar Team Twente a exprimir hasta el último vatio del sistema de energía solar de su coche, asegurando que cruzara la línea de meta del recorrido de 2.500 km en primer lugar.

El Solar Team Twente está formado por ingenieros aerodinámicos, eléctricos, mecánicos y estructurales de la Universidad de Twente y la Universidad de Ciencias Aplicadas de Saxion, en los Países Bajos.

Sus esfuerzos por mejorar la eficiencia de su coche les llevaron al triunfo en una carrera que enfrentó a los concursantes entre sí y con el duro entorno desértico y montañoso del país norteafricano.

El diseño básico de todos los coches de la carrera es similar: una forma de ala aerodinámica cubierta de conjuntos de paneles fotovoltaicos para convertir la luz del sol en energía eléctrica, que se alimenta directamente a un motor que impulsa las ruedas.

Para ganar una carrera como el Desafío Solar de Marruecos (Solar Challenge Morocco), un coche de carreras debe generar la mayor cantidad posible de energía solar y convertir la electricidad que genera de la manera más eficiente posible en energía mecánica suministrada a las ruedas.
Al mismo tiempo, debe mantener las pérdidas de energía al mínimo: los equipos de carreras prestan una atención minuciosa al diseño aerodinámico para mantener la resistencia al viento al mínimo.

En el caso del RED E, nombre que recibe el coche de carreras del Solar Team Twente, la resistencia total al viento es el equivalente al espejo retrovisor de un coche convencional. El conductor debe competir lo más rápido posible, pero no tanto como para que la batería del coche se quede sin energía cuando no esté a la luz del sol.

En un coche de carreras solar hay cuatro sistemas eléctricos importantes: el conjunto de paneles solares; la batería y su sistema de gestión; el inversor (accionamiento del motor), que convierte la salida de corriente continua de los paneles solares en una corriente alterna trifásica que se suministra al motor; y el propio motor. El equipo aspiraba a una eficiencia superior al 99% en los circuitos de conversión de energía eléctrica.

Para preparar la carrera, los ingenieros del equipo debían mejorar el motor, la batería y el sistema de generación de energía si querían aventajar a sus rivales en el exigente recorrido africano. Incluso las pequeñas mejoras pueden suponer una diferencia significativa. "Si todos los componentes son sólo un 0,01% mejores que los de la competencia, entonces ya tienes una ventaja antes de llegar a la línea de salida en una carrera", afirma Camiel Lemmens, del equipo. "Así que la medición de precisión es un elemento crucial para nuestro éxito".

Por ello, los ingenieros eléctricos del equipo trabajan continuamente para exprimir cada vez más el rendimiento de los sistemas eléctricos del coche. Entre los logros alcanzados se encuentra el aumento de la cantidad de energía generada por las células fotovoltaicas y la cantidad de energía que puede almacenar la batería. El equipo ha creado incluso un inversor más robusto y eficiente de diseño propio, que sustituye a los inversores comerciales estándar utilizados por los equipos de la competencia.

El equipo tenía experiencia previa en el uso del analizador de potencia de precisión Yokogawa WT5000. Esta vez tenían que realizar cuatro tareas cruciales.
En primer lugar, analizar la eficiencia de las células solares fotovoltaicas para que el equipo pudiera seleccionar las células con la mejor salida de tensión y corriente para una entrada fotónica conocida.

Otra tarea consistía en medir la capacidad energética de las celdas de la batería y seleccionar las que almacenaban la mayor cantidad de energía eléctrica.

También tenían que validar la precisión del "indicador de combustible", el sensor de a bordo del coche que mide el estado de carga de la batería. Este sistema mide la corriente que entra en la batería (desde los paneles solares) y la que sale de ella (hacia el motor). Restando la salida de la entrada, puede calcular la carga residual de la batería. Para ello era necesario medir de forma continua y muy precisa los flujos de corriente.

La cuarta tarea consistía en medir la potencia de salida del sistema del motor, incluyendo el inversor y el propio motor, en un rango de valores de entrada de potencia, para que el equipo pudiera perfeccionar el diseño y mejorar gradualmente su eficiencia. Para ello era necesario realizar un análisis de potencia extremadamente preciso con una alta frecuencia de muestreo.

Rob Krawinkel, del equipo, afirma: "Con el WT5000, también descubrimos que los sensores de corriente del circuito del medidor de combustible tenían una desviación, lo que hacía que las mediciones del estado de carga del coche fueran inherentemente inexactas. Al compensar la desviación, pudimos proporcionar al conductor con toda seguridad 1 ó 2 km más de autonomía de la batería a una velocidad determinada".

El WT5000, modular y ampliable, es el analizador de potencia más preciso de Yokogawa, con una precisión de medida especificada de ±0,03%.
El ancho de banda de medición es de 10MHz para la tensión y de 5MHz para la corriente, y la tasa de muestreo máxima de 10M muestras/supera la tasa de refresco de datos necesaria para validar el sistema de medición de combustible de RED E. Con un aislamiento excepcional, inmunidad al ruido y capacidades de filtrado avanzadas, los usuarios del WT5000 pueden realizar mediciones simultáneas en hasta siete entradas y visualizarlas en su pantalla táctil de alta resolución de 10,1".

"El WT5000 es un instrumento muy agradable de usar, es intuitivo y es fácil orientarse en los controles", afirma Rob.
"También es fácil ajustar la pantalla para que muestre exactamente los resultados de las mediciones que te interesan, como cuando mostró claramente que nuestro nuevo diseño de inversor superaba al modelo equivalente comercial por un margen significativo".

El desarrollo por parte del equipo de su propia cadena cinemática y componentes personalizados -una hazaña que se basó en gran medida en la exactitud y precisión del WT5000- resultó decisivo para la victoria y el equipo espera seguir cosechando éxitos en el próximo World Solar Challenge de 2023.

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