Transistores flexibles, diodos emisores de luz para pantallas de smartphones, televisores OLED rígidos y flexibles, y paneles solares fotovoltaicos enrollables, son productos que se desarrollan con electrónica orgánica, el cual es un campo de investigación donde recientemente participó el académico de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Universidad Adolfo Ibáñez, Felipe Larraín, dentro de un estudio que demostró que se pueden diseñar dispositivos que detecten la luz reemplazando el silicio por tintas de origen orgánico.
Este anuncio será próximamente publicado en la revista internacional científica Science y forma parte de un estudio desarrollado durante más de siete años en el Georgia Institute of Technology (GT). Fue financiado con fondos federales del gobierno de los Estados Unidos, específicamente las Oficinas de Investigación Naval, de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, y la Agencia para la No Proliferación Nuclear.
Felipe Larraín, doctor en Ingeniería eléctrica forma parte de un equipo encabezado por Canek Fuentes-Hernández, investigador científico del Departamento de Ingeniería Eléctrica de GT y primer autor del artículo, y por el profesor Bernard Kippelen.
Hallazgo
La novedad radica en la creación de fotodiodos orgánicos que detectan luz de forma tan efectiva como los mejores fotodiodos rígidos de silicio, pero son flexibles y ergonómicos. «Esto significa que estos fotodiodos orgánicos pueden detectar niveles de iluminación tan pequeños como los que nuestros ojos reciben de una sola estrella en el firmamento, es decir, unos cientos de miles de fotones por segundo», explico Canek Fuentes-Hernández.
Esta tecnología de detección de luz tiene aplicaciones en sensores ópticos, computación interactiva como videojuegos, dispositivos de monitoreo de signos vitales, imagenología biomédica, detección de radiación y cámaras de video con sensores de movimiento, entre otros.
El silicio, por su parte, es el pilar de la industria electrónica convencional, y se obtiene a partir de la refinación de la arena y la cuarcita en diversos procesos químicos y térmicos, algunos a temperaturas superiores a los 1800 grados Celsius. Esto permite producir silicio cristalino de extrema pureza y rigidez, ideal para desarrollar circuitos integrados para computadores, pantallas y otros, pero resulta problemático para incrementar el área de fotodetectores a un bajo costo.
Sin embargo, los semiconductores orgánicos son moléculas producidas mediante síntesis química y pueden ser procesados a partir de soluciones líquidas a temperaturas menores de 150 grados Celsius. Por ello, estos materiales son compatibles con la manufactura industrial a gran escala, lo que sugiere la irrupción de estas tecnologías en el futuro cercano en dispositivos electrónicos de bajo costo, livianos, flexibles y potencialmente biodegradables.
Según señala Felipe Larraín, «la electrónica orgánica y los materiales híbridos orgánicos-inorgánicos representan una oportunidad única para nuestro país. La invitación está abierta para que investigadores chilenos se sumen al desafío de desarrollar tecnología con estos materiales. A diferencia de la electrónica convencional dominada por Norteamérica (por ejemplo, Intel) o Corea (por ejemplo, Samsung), existe un espacio para hacer contribuciones relevantes en tecnologías menos maduras comercialmente y con barreras de entrada mucho menores en términos de la infraestructura que se requiere para su manufactura, como la electrónica orgánica».
El académico agrega que, si bien los emisores de luz orgánicos están comenzando a masificarse en el mercado, transistores, fotodetectores y celdas solares orgánicas son todavía incipientes. Solo algunas compañías en el mundo, entre ellas en Alemania (Heliatek), Francia (Armor-Group) y Estados Unidos (Kateeva), están desarrollando este tipo de tecnología.
El mexicano Canek Fuentes-Hernández explica que desarrollar electrónica flexible, amigable con el medioambiente, de alta eficiencia y bajo costo de producción, democratizará su acceso. Agrega que en los últimos años, fotodetectores altamente sensibles usados en sensores para medir la frecuencia cardiaca y el nivel de oxigenación en la sangre (oximetría) penetraron el mercado de “vestibles” (dispositivos electrónicos tipo bandas, pulseras y relojes). Sin embargo, estos dispositivos lograron baja adherencia en parte por ser rígidos y porque debían ser recargados con frecuencia. Dada su ergonomía, estos fotodetectores orgánicos podrían incorporarse en adhesivos capilares casi imperceptibles, a modo de tatuajes desechables, que midan indicadores y datos vitales. Más aun, la facilidad de desarrollar fotodetectores orgánicos con áreas grandes y formas no convencionales, como anillos, contribuye a reducir significativamente el consumo de potencia y reducir los costos de este tipo de sensores.
Considerando la importancia de la oximetría de pulso en tiempos de pandemia, Larraín señaló que este tipo de tecnología permitiría crear oxímetros portátiles para medir la saturación de oxígeno, reemplazando la conocida pinza ubicada en el dedo índice por un anillo flexible. Según indica, el uso de fotodetectores orgánicos ofrecería la misma calidad de medición, más comodidad a los pacientes y un menor consumo de energía eléctrica. Dicha tecnología podría permitir detectar en tiempo real y de manera oportuna disminuciones en la saturación de oxígeno producidas por diversas patologías.
Para los investigadores, el hallazgo constituye un hito en la detección de luz con fotodiodos orgánicos y abre significativas oportunidades para nuevas aplicaciones no solo en la salud, sino también en otros sectores e industrias.
Una serie de observaciones al tratamiento actual de la potencia de suficiencia en el sector eléctrico nacional presentó el investigador del Centro Avanzado de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (AC3E) de la Universidad Técnica Federico Santa María, Esteban Gil, en la Mesa de Trabajo para cambiar el actual Reglamento de Potencia, organizada por el Ministerio de Energía y la Comisión Nacional de Energía.
El académico realizó la presentación «Criterios y modelos para el cálculo de la potencia de suficiencia», en la cual planteó algunos de los problemas actuales de la metodología, como el no definir un requerimiento explícito para el nivel de riesgo en el sistema, no considerar criterios probabilísticos en la estimación del riesgo, y asignar los pagos a quienes generan en las horas de mayor demanda, pero no las de mayor riesgo.
Metodología
«La regulación debe contemplar un método claro y no discriminatorio para estimar la potencia de suficiencia, especialmente hacia los recursos energéticos variables Actualmente hay un exceso de capacidad instalada y seguirá existiendo mientras siga el diseño de mercado actual», destacó Esteban Gil.
A su juicio, los pagos por potencia de suficiencia actualmente se hacen a los generadores no por la energía que entregan, sino por el hecho de estar disponibles cuando hay mayor riesgo en el sistema eléctrico. Sin embargo, sostuvo que en Chile esto se realiza sin medir adecuadamente el riesgo, por lo que no hay certeza de que lo que pagan los clientes finales sea realmente necesario.
«Actualmente hay un riesgo muy bajo, ya que existe un exceso de capacidad termoeléctrica instalada a la que se le podría estar pagando sin haber necesidad, distorsionando el mercado y poniendo trabas a la descarbonización», señaló.
Agregó que los pagos por potencia también actualmente se reparten bajo un esquema que privilegia a los generadores a gas, carbón y petróleo por sobre los recursos energéticos más limpios, pero que son variables, como la generación hidroeléctrica, eólica y solar, por lo que presentó algunas propuestas metodológicas, basadas en su trabajo de investigación, para medir mejor la contribución a la confiabilidad que hacen los distintos recursos energéticos variables, como la generación renovable y el almacenamiento.
«Un esquema de pagos por potencia más justo podría facilitar las inversiones en tecnologías más limpias, reduciendo el riesgo y acelerando la descarbonización», finalizó.
La Asociación de la Industria Eléctrica-Electrónica (AIE), iniciará un ciclo de conferencias online para sus empresas asociadas, en que se abordarán las principales soluciones y ofertas tecnológicas para los distintos sectores productivos del país, en que las primeras sesiones de realizarán el 26 de agosto y el 9 de septiembre.
Entre los temas que se verán en las conferencias está la electrónica, automatización, electricidad y comunicaciones, particularmente con el uso de productos, demostraciones, proyectos exitosos, aporte técnico, dirigidos a empresas, profesionales, instaladores, técnicos o afines, empresas productivas en sectores como la agroindustria, minería, alimentos, forestal, y empresas eléctricas, entre otras.
De acuerdo con lo indicado por el gremio, la instancia «será una importante vitrina para promocionar a empresas, productos, soluciones, proyectos exitosos, demostraciones de tecnología, aportes técnicos, y más. También se puede participar como auspiciador del ciclo completo sin dar una charla».
La AIE es una institución compuesta por empresas y organizaciones de educación del área de la electrónica, electricidad, automatización y comunicaciones que lleva 24 años representando a organismos relacionados a la tecnología en Chile.
Positivas son las cuentas que saca la Asociación de la Industria Eléctrica-Electrónica (AIE)respecto a la actual crisis sanitaria provocada por la pandemia del Covid-19, especialmente desde el punto de vista de la respuesta que han dado las empresas del sector en la entrega de servicios digitales, por lo que plantea que cuando se haya disipado la actual contingencia se acelerará la demanda en materia de almacenamiento de datos y respaldo de energía.
Así lo señala a ELECTRICIDAD Santiago Marín, vicepresidente de la AIE, quien precisa que las principales lecciones que deja la actual coyuntura es el reforzamiento del teletrabajo y sus plataformas tecnológicas para hacerlo más eficiente y efectivo, además de la capacitación del recurso humano en esta materia.
Efectos
¿Cuál es el impacto de la actual pandemia en la industria eléctrica y electrónica a nivel internacional y en Chile?
El impacto principal del Covid-19 en la industria eléctrica y electrónica es la “altísima” necesidad de la continuidad operacional del suministro eléctrico y de los equipos y sistemas electrónicos de modo que se asegure el nivel de servicio óptimo requerido para la atención de hospitales, comercio, metro, empresas de alimentos, empresas de servicios básicos, empresas de telecomunicaciones, estaciones de servicio, entro otras empresas denominadas críticas para sobrellevar esta pandemia. Esta necesidad requiere, para las empresas eléctricas y electrónicas, mantener operativo su funcionamiento tomando las medidas sanitarias que la autoridad establece de proteger la salud de sus trabajadores.
¿De qué forma la industria colabora para enfrentar este tipo de crisis?
Se puede decir que la industria de la electricidad y electrónica ya está colaborando con equipos de trabajo altamente comprometidos con el servicio requerido por las instituciones y ciudadanía, cómo también respondiendo ágilmente en la reposición del servicio eléctrico cómo en la rápida mantención y reparación de equipos y sistema electrónicos.
¿Cuáles son las perspectivas que se abren a futuro para la industria en un escenario post Covid-19?
Sin duda se abren muchas perspectivas para la industria post Covid, en particular acelerará la adopción de tecnologías para los desarrolladores y comercializadores de equipos de respaldo de energía, almacenamiento de datos, y comunicaciones como también para todos los proveedores y fabricantes de equipos y/o sistemas que permitan la “operación a distancia” de un proceso productivo , la realización de un servicio de reparación o mantención remota como también la atención de clientes”.
¿Cuáles son las principales lecciones que deja esta crisis para los actores nacionales de esta industria?
Una de las principales lecciones de esta crisis es el aprendizaje o “redescubrimiento” del Teletrabajo, el cual hay que seguir potenciándolo y mejorándolo de modo de hacerlo más eficiente y efectivo en post de la continuidad de la operación de las distintas empresas y organizaciones en general. Adicionalmente debe haber un fuerte impulso a la capacitación de todas las personas en el eficiente buen uso de las tecnologías como también el desarrollo de las capacidades creativas, resolución de problemas y trabajo colaborativo en el sector público y privado que nos permitan hacer frente a las próximas crisis que viviremos resguardando la vida de las personas y su sustentabilidad.
Un total de 1.854 transformadores de potencia están instalados en el Sistema Eléctrico Nacional, los cuales suman una capacidad de 88.600 MVA, cuya mayor concentración se encuentra en la Región Metropolitana, con 320 unidades, seguida de la Región de Antofagasta (306) y la Región del Biobío (217).
Así lo indica el gerente de Planificación de la Transmisión del Coordinador Eléctrico Nacional, Juan Carlos Araneda, quien explica que en los últimos dos años se ha propuesto la instalación de más de estos equipos dentro del proceso de planificación de los sistemas de transmisión zonal, para mejorar la calidad del servicio en ciertas zonas.
Estos equipos cumplen un papel clave para la suficiencia, seguridad y calidad de servicio del sistema eléctrico, por lo que sus operaciones son analizadas por el organismo coordinador en sus informes de expansión de la transmisión, donde se propone la habilitación de nuevos transformadores a fin de evitar congestiones en la transmisión.
A juicio de Sergio Barrientos, gerente general de Surenergía y director del comité chileno del Consejo Internacional de Grandes Redes Eléctricas (Cigre), los transformadores de potencia prestan servicios de primer orden al sistema eléctrico: “Los más importantes son elevar la tensión de los bloques de generación a 220 kV o 500 kV, niveles que permiten un transporte con bajas pérdidas, y luego está el servicio de bajar el nivel de tensión en el ingreso a los grandes y pequeños centros de consumo, en cuyo caso se puede llegar incluso a niveles de 12 kV”.
Planificación
Juan Carlos Araneda precisa que en el proceso planificación de los sistemas de transmisión zonal de 2017 se propusieron dos nuevos transformadores zonales, para mejorar la suficiencia y calidad del servicio de la Región de Valparaíso, mientras que en 2018 “la orientación se trasladó a la zona centro, y los estudios de planificación mostraron la necesidad de proponer ocho transformadores zonales”, precisa el ejecutivo.
Según el ejecutivo, para este año el análisis del organismo coordinador abarcó el sistema de transmisión zonal desde Arica hasta Chiloé, donde se propuso la implementación de 17 transformadores, “los cuales van en directo beneficio del suministro de la demanda y mejoras de la seguridad y calidad de servicio de este segmento de la transmisión, y en el mediano plazo se pronostica la necesidad anual de 5 a 6 nuevas unidades transformadoras promedio en el Sistema Eléctrico Nacional, destinados a suministrar 80 MW adicionales promedio cada año”.
Juan Carlos Araneda, gerente de Planificación de la Transmisión del Coordinador Eléctrico Nacional.
Perspectivas
El crecimiento de la capacidad en transformación dentro del sistema es valorado por Sergio Barrientos, gerente general de Surenergía y director del comité chileno del Consejo Internacional de Grandes Redes Eléctricas (Cigre): “En el largo plazo, el crecimiento de la capacidad instalada en el parque de transformadores de poder se espera que sea cercano a la tasa de crecimiento de la demanda neta de energía del sistema, entendida como la diferencia que se proyecta entre el total de los consumos de electricidad de los clientes del sistema y la generación de electricidad asociada a los mismos clientes”.
“En Chile gradualmente se ha elevado el estándar de calidad esperado en subestaciones de poder y sus principales equipos, entre ellos los transformadores de poder”, agrega el especialista.
A su juicio, la incorporación de nuevas tecnológicas en transformadores de potencia dentro del sistema eléctrico nacional tiene un “comportamiento conservador”, debido a que la normativa y las normas internas de las compañías transmisoras “tardan un tiempo en recoger los avances, hasta que ellos se consideren maduros, pero entendemos que existen algunas conversaciones para revisar tales normas y acoger parte de la buena experiencia internacional que se conoce a la fecha”.
Sergio Barrientos sostiene que los principales desafíos para este tipo de equipamiento para los próximos años dicen relación con la “medición y control de la calidad de potencia en los sistemas eléctricos”. “Una mala calidad de potencia, como por ejemplo contaminación armónica, puede llegar a comprometer la vida útil de los transformadores de poder. También a la ocurrencia de fallas de operación de los transformadores, con interrupción del suministro a clientes. Este fenómeno será creciente en el sistema eléctrico en la medida que se incorpora cada vez más electrónica de potencia, no sólo en los consumos sino que también en la generación de energía”, afirma.
Las especificaciones técnicas
Según la Gerencia de Ingeniería y Proyectos del Coordinador Eléctrico Nacional, las especificaciones técnicas de los transformadores de poder consideran diseño, fabricación, pruebas, ensamblaje y todo lo que corresponda al suministro de Transformadores de Poder y Autotransformadores de Poder, desde 66 kV hasta 500 kV, de sus componentes y accesorios para nuevas subestaciones que serán conectadas al sistema de transmisión.
En el diseño de estos equipos deben ser aplicadas 24 normas nacionales e internacionales, entre las cuales están las de la Superintendencia de Electricidad y Combustibles, el Instituto Nacional de Normalización, la norma 2369 sobre diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales, y la Norma técnica de seguridad y calidad de servicio, entre otras.
También se contemplan las normas internacionales de la American National Standards Institute (Ansi); Institute of Electrical and Electronic Engineer (IEEE); International Electrotechnical Commission (IEC), y la National Electrical Manufacturer´s Association (Nema), entre otras. Las especificaciones técnicas también contemplan requerimientos constructivos generales y las pruebas del equipo.
