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Xalapa, Ver.-
El investigador del Instituto Politécnico Nacional (IPN), Pedro Enrique Velázquez Elizondo, desarrolló un convertidor de energía compacto y eficiente, especialmente diseñado para vehículos eléctricos e híbridos. Estos avances no solo abren camino a mejores autos eléctricos, sino que también podrían aplicarse en otras áreas, como aviones eléctricos, trenes o sistemas de almacenamiento de energía. Así, los convertidores, aunque invisibles, se convierten en piezas clave del rompecabezas energético del siglo XXI. Cabe recordar que los autos eléctricos existen desde el siglo XIX, pero fue hasta finales del siglo XX cuando volvieron a ganar terreno, impulsados por la preocupación ambiental. En 1997, Toyota cambió las reglas del juego con el Prius, el primer híbrido producido en masa. En la década de 2010, modelos como el Nissan Leaf y los de Tesla llevaron la electrificación más lejos, ofrecieron mayor autonomía y rendimiento. Actualmente, ante la necesidad de reducir emisiones contaminantes, la industria automotriz apuesta con todo por los vehículos eléctricos. Sin embargo, este cambio viene con retos tecnológicos importantes. Uno de ellos es cómo hacer más eficientes los sistemas que administran la energía dentro del vehículo. Para lograrlo, es clave reducir el tamaño y el peso de los convertidores de energía que, aunque invisibles al usuario, tienen una función vital: transformar y adaptar la electricidad para alimentar correctamente cada componente. Los convertidores de corriente continua modifican el nivel de voltaje sin cambiar el tipo de corriente. En términos simples, ajustan la energía para que llegue de forma adecuada a cada parte del vehículo, como si fueran reguladores inteligentes que distribuyen la electricidad justo donde se necesita. Gracias a avances tecnológicos, estos convertidores pueden ser cada vez más pequeños y ligeros, sin perder potencia. Eso se logra con el uso de materiales avanzados y técnicas que mejoran la eficiencia, aunque también hacen más complejo el diseño. El resultado es menos peso y mejor rendimiento. Además, se han desarrollado técnicas para duplicar la velocidad de trabajo sin que el sistema se sobrecargue, lo que permite reducir piezas internas como filtros y bobinas. Dan a conocer que otra innovación es el uso de materiales nanocristalinos y bobinas planas, que ayudan a reducir el tamaño de transformadores e inductores, pieza clave para el funcionamiento del convertidor. Gracias a esto, los equipos pueden ser más ligeros y más eficientes, algo crucial en vehículos eléctricos donde cada gramo cuenta. Quien aprovecha estas tecnologías es el Laboratorio de Investigación en Conversión y Calidad de la Energía Eléctrica (LINC2E2) de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (ESIME), Unidad Culhuacán, donde desarrollaron un convertidor de 32 kilovatios que regula la energía de una pila de combustible. Su diseño combina materiales nanocristalinos, carburo de silicio y un sistema de seis módulos que trabajan de forma sincronizada. Esto permite una operación más estable y eficiente, como si se tratara de tres pequeños cerebros eléctricos que actúan al mismo tiempo.“Este sistema incluye transformadores, inductores y filtros que mantienen la corriente estable y reducen interferencias, todo controlado por señales electrónicas que aseguran un flujo continuo de energía”, detalló Velázquez Elizondo, experto en circuitos y sistemas electrónicos de potencia. En entrevista para la Agencia Informativa Conversus (AIC), explicó que se diseñó para mantener un voltaje constante de 350 voltios, con un margen de variación del 10 por ciento. El reto fue encontrar el equilibrio ideal entre eficiencia y tamaño, lo cual se logró tras analizar diferentes configuraciones del sistema. En los experimentos de laboratorio, el prototipo mostró un rendimiento sobresaliente tanto en eficiencia como en manejo térmico. Operó en dos modos: uno que reduce el voltaje y otro que lo eleva, adaptándose a distintas necesidades. Aunque se detectaron pequeños desequilibrios en las corrientes internas, estos fueron esperados y confirmados por simulaciones, informó el investigador politécnico. También se midió su temperatura máxima con cámaras infrarrojas, alcanzó los 113 grados centígrados, dentro del rango seguro. Esto demuestra que el diseño maneja bien el calor, un punto clave en sistemas de alta potencia. “El convertidor logró hasta 98 por ciento de eficiencia al máximo rendimiento, y 94 por ciento en condiciones normales. Eso significa que casi toda la energía que entra, se aprovecha. Además, aunque usa varios módulos, su operación es sencilla y se considera incorporar controles híbridos que faciliten aún más su manejo”, declaró. Debido a su diseño modular, el convertidor permite compartir filtros y distribuir mejor la energía entre módulos, sin necesidad de sistemas de control complicados. Esto abre la puerta a versiones más pequeñas, potentes y fáciles de integrar en nuevos modelos de autos eléctricos. De acuerdo con Velázquez Elizondo, una línea prometedora de evolución consiste en añadir capacidad bidireccional. Esto permitiría que el convertidor no solo alimente el motor, sino también recupere energía durante el frenado o en otras etapas de la operación, devolviéndola a la batería. Es una tecnología clave para la eficiencia energética del futuro. Además, el uso de nuevos semiconductores, como los transistores de carburo de silicio, permitirá alcanzar tensiones de hasta 3 mil 300 voltios, lo cual hace viable escalar el diseño actual para vehículos más potentes y exigentes. Para lograrlo, será necesario optimizar el sistema de enfriamiento y el control preciso de los componentes.
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