Introducción

Un inversor es un dispositivo electrónico capaz de suministrarnos una salida de 220V alterna a partir de la tensión de una batería (12 V de continua).
Con un inversor podemos hacer funcionar pequeños aparatos eléctricos o electrónicos sin necesidad de conexión a la red de suministro electríco.
De esta forma, si disponemos de una bateria, un panel solar y un inversor, tendremos un pequeño sistema de generación de 220V AC.
En este tutorial trataremos de ver los distintos tipos de inversores y de aconsejar el más adecuado para su uso en auto/caravanas.

Definiendo las necesidades

Lo primero que tenemos que tener en cuenta es el tipo de utilización (carga que conectaremos) que queremos darle al inversor. Es decir, no es lo mismo un inversor para bobillas de incandescencia, que para alimentar un sistema electrónico complejo (video, tv, DVD…).
Así tendremos que hacer una pequeña lista con los distintos tipos de aparatos que queremos alimentar con el inversor y mirar la potencia que consume cada uno de ellos.
A la hora de determinar la potencia máxima de nuestro inversor, también tendremos que ver cuales de ellos van ha funcionar de forma simultánea, por ejemplo la TV y el vídeo, y sumar las potencias de ellos. Este valor es nuestro máximo consumo posible.
En contra de lo que pueda parecer, el rendimiento de un inversor es mayor cuanto más nos acerquemos a su potencia máxima.

Tipos de inversores

En función de la tecnología usada, podemos encontrar en el mercado los siguientes tipos de inversores.

-Inversores de salida en “Onda Cuadrada”

Los inversosres más sencillos son los de salida en “onda cuadrada”, son los de peor tecnología, pero también son los más baratos . Sirven para las bombillas y poco más. Este tipo (pero de mayor potencia) son los usados en informática.

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Modo Normal

En el Modo Normal, “INT1” está cerrado alimentando el Rectificador, éste a su vez proporciona un voltaje de CD Regulado para alimentar el Inversor y a su vez mantener las Baterías en flotación. El voltaje del Rectificador es convertido por el Inversor en un voltaje de Corriente Alterna Regulado en Voltaje y en Frecuencia para por medio de “INT3” alimentar la carga.
En este instante el “INT4” está abierto y el “Switch Estático” está apagado.
Como podemos observar, el voltaje de la Línea Comercial es descompuesto al ser convertido en Corriente Directa y cualquier variación de Voltaje, Frecuencia, Pico de Voltaje, etc. es eliminado durante la conversión a Corriente Directa.
El Inversor a partir de esta Corriente Directa genera una nueva señal de voltaje de 220 vca la cual es totalmente diferente a la que entró al UPS de la Línea Comercial y es por eso que aún y cuando haya en la entrada todo tipo de problemas de variación de voltaje ó picos de voltaje, en la salida no se verán reflejados porque el voltaje de salida es un voltaje nuevo creado por el Inversor.
En el diagrama siguiente podemos observar la trayectoria de la corriente, la línea más gruesa representa el camino por el cual circula la corriente hacia la carga y la línea más delgada representa la corriente de flotación para mantener cargadas las baterías.

Modo Baterías

Cuando el voltaje a la entrada del rectificador es lo suficientemente alto ó bajo como para que ya no pueda seguir entregando un voltaje de CD regulado, el Rectificador se apaga pero como en paralelo tenemos conectadas las baterías, el Inversor sólo detecta cuando el voltaje baja ya que está operando ahora la batería; sin embargo esa variación de voltaje no importa ya que el Inversor regula el voltaje y en la carga el voltaje permanece sin variación e incluso no hay ningún instante en el que se interrumpa el voltaje como sucede en la topología Off-Line.
Si el corte de energía se prolonga tanto de tal manera que las baterías se descarguen completamente, entonces el UPS se apaga al no tener ya manera de seguir alimentando la carga.
Si antes de que se terminen las baterías, el voltaje de entrada del Rectificador vuelve a la normalidad; entonces el Rectificador enciende y alimenta nuevamente el Inversor y a la vez comienza a recargar las baterías. Este cambio de operación Baterías a operación Normal también es transparente para la carga y permanece en todo momento alimentada sin interrupción alguna.

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Este tipo de equipos es llamado “En Línea” debido a que el Inversor se encuentra dentro de la línea principal de energía ya que siempre se encuentra operando.
Esta tecnología es la más cara de todas pero es la que ofrece el mayor nivel de protección.

A continuación el diagrama a bloques

Esta topología es muy diferente a las anteriores. El voltaje de Entrada pasa por medio del Interruptor “INT1” al primer bloque que es el rectificador. Rectificador.- El Rectificador del UPS On Line consiste de la etapa de rectificación con SCR generalmente con el objeto de poder variar el ángulo de disparo de los SCR y de esta manera poder regular el voltaje de CD a obtener a la salida, obviamente después de ser rectificado el voltaje de Entrada se filtra con Capacitores para obtener un voltaje continuo y regulado. El voltaje regulado de corriente directa obtenido en el Rectificador, tiene dos objetivos:

-El primero es mantener las baterías en flotación e incluso recargarlas después de un corte de energía.

-El segundo es alimentar al Inversor para que este a su vez convierta la corriente directa del rectificador en corriente alterna.

MODO NORMAL

En el modo Normal de operación, el voltaje de alimentación es de un nivel tal que no hay necesidad que entre el Inversor a funcionar; por lo tanto el voltaje de Entrada pasa por el filtro y después energiza la carga a través del Switch de Transferencia el cual está Normalmente cerrado tomando en cuenta que es un relevador.
La corriente fluye desde la Entrada y hacia la carga y una pequeña cantidad de corriente es rectificada por el cargador de baterías y utilizada para mantener la batería en “flotación”. El Inversor se encuentra apagado (en stand-by).

MODO BATERIAS

Cuando el voltaje de alimentación del UPS se sale de la ventana predeterminada de operación, el UPS se va a Modo Baterías. El voltaje de Entrada tiene una ventana “aceptable de operación” que suele ser de un +/- 15% aproximadamente, esta ventana se escoge tomando en cuenta que voltaje es adecuado para alimentar la carga. Siendo el voltaje nominal de 220 volts, la ventana iría desde 204 volts y hasta 238 volts, dentro de este rango de voltaje, el UPS entregará ese mismo voltaje a la salida solamente acondicionado por el Filtro.
Si el voltaje de Entrada es menor a 202 volts ó mayor a 238 volts, entonces el Control del UPS enciende inmediatamente el Inversor al mismo tiempo que manda relevador conmuta el Inversor ya está encendido y listo para energizar la carga.
Es importante hacer notar que el voltaje del Inversor es regulado y entrega un voltaje de 120 VCA +/-3% a 60.0 Hz (la frecuencia controlada por cristal) aún y cuando inicialmente el voltaje de baterías inicia en unos 14.0 volts y cuando la batería está totalmente descargada el voltaje es de 10.5 volts. (Esto para en caso de que la batería del UPS sea solamente una de 12 volts).

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Existen diversos tipos de Topología de UPS y cada una de ellas tiene sus ventajas y desventajas, es necesario conocerlas si deseamos aprender a reparar un UPS ó si deseamos tener los suficientes conocimientos para seleccionar el equipo más adecuado para nuestras necesidades.
A continuación enumeraremos cada una de estas topologías y la discutiremos ampliamente:

Off Line (Fuera de Línea) ó Stand-By

Se le llama Off-Line porque el Inversor se encuentra fuera del camino principal de la corriente, y se le llama Stand-By porque el Inversor se encuentra apagado “en espera” de que sea requerido para encender.
El UPS Off-Line es el tipo de UPS más económico ya que integra muy pocos componentes, el nivel de protección obtenido con este tipo de equipos también es muy limitado pero en general considero que es muy adecuado para protección de la computadora en el hogar ya que la inversión es muy baja (alrededor de unos 70 a 100 dólares) y aún así tenemos protegida nuestra computadora.
A continuación un diagrama a bloques del UPS Off-Line:

Ahora describiremos cada uno de los bloques que lo componen:

Filtro y Supresor de Transitorios

El Filtro de Línea reduce las variaciones transitorias de voltaje debidas al encendido y apagado de ciertos aparatos como por ejemplo motores eléctricos, además reduce el ruido eléctrico que viene con el Voltaje de Alimentación del UPS para que aparezca en niveles más seguros en la carga. Cabe hacer la aclaración que el Filtro de Línea sólo reduce problemas de variación de voltaje que son de tiempo muy corto; por el rango de los milisegundos y nanosegundos. No es su función regular el voltaje.
El Filtro de Línea consiste en Bobinas las cuales rechazan voltajes de alta frecuencia y capacitores conectados a Tierra para que cualquier alta frecuencia sea drenada a Tierra.
El Supresor de Transitorios lo que hace es Recortar los picos de voltaje que aparecen en la Línea a niveles más seguros. Un Transitorio de voltaje usualmente anda por el orden de los milisegundos a los nanosegundos y en valor, puede alcanzar desde los 200 hasta varios miles de volts. Consiste esta etapa generalmente de los llamados Varistores de Oxido Metálico (MOV).
Al Supresor de Picos se le llama comúnmente TVSS que significa Supresor de Voltaje Transitorio por sus siglas en inglés (Transient Voltage Surge Suppresor).
El nivel de protección del filtro de Entrada de este tipo de equipos es limitado.

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Una transferencia automatica resulta un complemento muy util para su grupo electrogeno, en aquellos casos en que uno necesite un suministro de energia constante. El TTA le brindara comodidad y tranquilidad al momento de una falla en la red externa de energia, poniendose en marcha el equipo previamente a un precalentamiento del motor. Los TTA son programables según las necesidades, con fuente de energía propia para asegurar su funcionamiento.

La transferencia automática de energía eléctrica de la red externa al grupo electrógeno es un dispositivo que permite ante la falla del suministro de energía eléctrica externa, poner en marcha el grupo, hacer caer las contactoras o llave motorizada correspondientes a la entrada externa y dar energía a la del grupo generador interno, luego de cumplir con las pautas de encendido previstas para el mismo.

El TTA realiza la siguiente serie de acciones cronologicamente ante una falla electrica, en funcion de poner en marchar el grupo electrogeno:

1 - Comportamiento frente a una falla de energia externa: La unidad se encuentra supervisando la presencia de las fases de entrada en modo permanente y si es normal y permanece a la espera, será considerada de falla de suministro de energía externa ante una caida de tension por debajo de 180 Volts de manera sostenida por un tiempo programado
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Desde la antigüedad ya los griegos habían observado que cuando frotaban enérgicamente un trozo de ámbar, podía atraer objetos pequeños.

Posiblemente el primero en realizar una observación científica de ese fenómeno fue el sabio y matemático griego Thales de Mileto, allá por el año 600 A.C., cuando se percató que al frotar el ámbar se adherían a éste partículas del pasto seco, aunque no supo explicar la razón por la cual ocurría ese fenómeno.

No fue hasta 1660 que el médico y físico inglés William Gilbert, estudiando el efecto que se producía al frotar el ámbar con un paño, descubrió que el fenómeno de atracción se debía a la interacción que se ejercía entre dos cargas eléctricas estáticas o carente de movimiento de diferentes signos, es decir, una positiva (+) y la otra negativa (–). A ese fenómeno físico Gilbert lo llamó “electricidad”, por analogía con “elektron”, nombre que en griego significa ámbar.

En realidad lo que ocurre es que al frotar con un paño el ámbar, este último se electriza debido a que una parte de los electrones de los átomos que forman sus moléculas pasan a integrarse a los átomos del paño con el cual se frota. De esa forma los átomos del ámbar se convierten en iones positivos (o cationes), con defecto de electrones y los del paño en iones negativos (o aniones), con exceso de electrones.

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El tubo fluorescente requiere para su funcionamiento de dos zócalos, un arrancador y un elemento que limite la corriente conocido como balasto.

Los balastos regulan la corriente del tubo y contribuyen con el arrancado durante el encendido. La diferencia sustancial entre los listones para tubos fluorescentes radica en el tipo de balasto que utilizan, ya sea balasto mecánico o también llamado electromagnético y el balasto electrónico.

Cuando su funcionamiento es el correcto los balastos entregan al tubo su potencia nominal. En los casos en que su funcionamiento no sea apropiado, la potencia del tubo disminuye debido a que el balasto tiene además su propio consumo (pérdidas provenientes del hierro y del cobre – generalmente ocurrente en los balastos mecánicos).

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La ley de Gauss nos permitía calcular el campo eléctrico producido por una distribución de cargas cuando estas tenían simetría (esférica, cilíndrica o un plano cargado).

Del mismo modo la ley de Ampère nos permitirá calcular el campo magnético producido por una distribución de corrientes cuando tienen cierta simetría.

Ampere, Andre Marie (1775-1836)

Los pasos que hay que seguir para aplicar la ley de Ampère son similares a los de la ley de Gauss.

1. Dada la distribución de corrientes deducir la dirección y sentido del campo magnético
2. Elegir un camino cerrado apropiado, atravesado por corrientes y calcular la circulación del campo magnético.
3. Determinar la intensidad de la corriente que atraviesa el camino cerrado
4. Aplicar la ley de Ampère y despejar el módulo del campo magnético. 

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El proceso de decoración de una casa implica el estudio y la búsqueda de muebles, estilos, materiales, pinturas, telas y demás complementos, de acuerdo al espacio y gusto del dueño. El proceso para hallar el mueble que más se adecue a un suelo determinado, con unas medidas muy concretas y a un precio que nos convenza puede ser agotador. Para ello no se escatiman esfuerzos y todas las mueblerías, ferias y salas redecoración son pocas. Sin embargo, a menudo queda en el olvido otro elemento determinante y fundamental en la vivienda: la iluminación. La fuente lumínica distribuida en las diferentes habitaciones puede transmitir una sensación muy acogedora que, administrada con inteligencia, ayuda además a controlar el gasto energético. Desde las tradicionales bombillas de tungsteno a la última tecnología LED, diseñar el hogar desde la iluminación es un arte que consiste en aprender a combinar la inspiración con los cálculos de consumo eléctrico.

El tungsteno -ese filamento encerrado al vacío por una bombilla de vidrio- puede permanecer encendido entre 1.000 y 1.200 horas. Su funcionamiento es simple: la corriente eléctrica lo calienta y así emite un halo de luz amarillenta que, además, representa una fuente, aunque mínima, de calor que convierte a las lámparas en ideales para iluminar sectores cercanos al sofá, pasillos, salas de estar o incluso rincones. Otro detalle destacable es que se venden en diferentes tonalidades, lo que permite darle a cada ambiente un ‘toque’ personal. Así, estas bombillas de tungsteno son las más comunes y antiguas (son las descendientes de aquel invento de Tomas Alba Edison del siglo pasado), y lo más importante: son las más baratas. Ahora bien, si se compara su duración y eficiencia con otros sistemas, ¿son tan económicas como aparentan? No.

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