Ciencia con impacto: vigilando la calidad de la energía eléctrica desde la universidad
Por Doctor Marco Antonio Pérez González*
¿Alguna vez se ha preguntado qué sucede en la red cuando conecta un electrodoméstico o carga su teléfono celular o computadora? Para la mayoría de nosotros, la disponibilidad de energía eléctrica es algo que damos por sentado. Sin embargo, asegurar que este suministro llegue a nuestros hogares o centros de trabajo con la calidad necesaria es un desafío técnico de grandes proporciones, especialmente en una era donde la integración de fuentes renovables, como la solar y la eólica, introduce “ruido” y perturbaciones que pueden afectar desde el funcionamiento adecuado de aparatos comunes o muy sofisticados hasta -en condiciones críticas- la estabilidad de la red eléctrica.
Tradicionalmente, para supervisar la energía que se produce en las grandes centrales y garantizar un suministro confiable, se requieren de equipos de medición altamente especializados y en consecuencia costosos que pueden medir los parámetros fundamentales de una señal eléctrica. Sin entrar en más detalles llamaremos a estos equipos PMU (Unidad de Medición Fasorial, por sus siglas en inglés). Es en este escenario donde la investigación que desarrollamos en nuestra universidad y en particular en el cuerpo académico en el que participo (UCOL CA 116 Sistemas Eléctricos Inteligentes) busca hacer aportaciones concretas, demostrando que la innovación no siempre requiere presupuestos millonarios, sino de mucho trabajo duro e ingenio aplicado.
En mi labor de investigación doctoral titulada “Diseño de una metodología de análisis de señales eléctricas mediante el método de Padé e implementación en un prototipo IoT”, se presenta el diseño y construcción de un prototipo para hacer el trabajo especializado de los PMU pero a nivel de la electricidad que consumimos en nuestras casas o centros de trabajo. Este “vigilante” inteligente además logra ser preciso, de bajo costo y capaz de reportar datos en tiempo real a través de internet.
Para lograrlo, combinamos dos conceptos fundamentales que son el corazón de esta innovación:
1.- El Método de Padé (El “Atajo” Matemático): En lugar de utilizar los métodos tradicionales que requieren procesar enormes cantidades de datos (como la Transformada de Fourier), utilizamos una aproximación matemática que permite identificar las características de una señal eléctrica con una cantidad mínima de muestras. Es, en esencia, un modelo matemático mucho más eficiente que permite a procesadores pequeños realizar tareas que antes estaban reservadas para computadoras de cierta capacidad en combinación con algoritmos sofisticados.
2.- Internet de las Cosas (IoT): Esta tecnología nos permite conectar objetos físicos a la red. Al implementar un algoritmo matemático en una tarjeta electrónica de bajo costo, creamos nuestra versión de PMU pero funcional en los contactos que utilizamos, en el nivel de baja tensión podría decirse. Este dispositivo puede enviar información crítica sobre el voltaje, la frecuencia y la fase directamente a una interfaz web accesible desde cualquier computadora o teléfono inteligente.
Alguno de los aspectos relevantes del dispositivo es precisamente que nuestro prototipo, al que hemos llamado IoT-BPMU, no es solo una teoría en papel porque ya ha sido construido y probado con éxito, demostrando que puede monitorear adecuadamente la energía eléctrica que consumimos cumpliendo además con estándares de calidad usados en la industria eléctrica.
¿Por qué es esto importante para el ciudadano común? Este proyecto es una muestra de lo que llamamos “Ciencia Abierta”. Al diseñar un dispositivo con componentes comerciales y código que puede ser replicado por otros, estamos democratizando el acceso a las aportaciones tecnológicas que desarrollan los investigadores en las universidades. Esto permite que pequeñas empresas, instituciones educativas o comunidades rurales puedan contar con herramientas para monitorear su propio suministro de energía eléctrica, identificando posibles riesgos o factores que pudieran afectar la eficiencia de la energía que consumimos y de esta manera estar preparados para prevenir fallas sin depender de equipos importados sumamente caros.
La misión de nuestra labor en la docencia y en la investigación es, en última instancia, devolver a la sociedad soluciones tangibles. Este pequeño dispositivo es una prueba de que la ciencia generada en nuestras aulas tiene el poder de contribuir a la protección de la infraestructura que sostiene nuestra vida moderna, recordándonos que la alta tecnología también puede ser asequible y estar al servicio de todos.
Si está interesado en los detalles del modelado matemático y en general el proceso de diseño y construcción del IoT-BPMU puede consultar alguno de los trabajos derivados de esta investigación: A simplest Padé Approximant-Based Algorithm for Phasor Estimation of Electrical Signals, disponible en https://cinergiaug.org/assets/files/RIE_Vol.-7_No.2_202410.pdf
*Profesor e investigador de la Facultad de Ingeniería Electromecánica de la Universidad de Colima.
Las opiniones expresadas en este texto periodístico de opinión, son responsabilidad exclusiva del autor y no son atribuibles a El Comentario.
