ES2854474A1 - Seguidor solar con sistema de bloqueo - Google Patents
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Abstract
Seguidor solar con sistema de bloqueo. La presente invención se refiere a un seguidor solar (1) para la captación de la radiación solar que comprende un soporte (1a), un eje de giro (1b) y al menos un panel solar (1c). El seguidor solar (1) comprende también un sistema de seguimiento (2) capaz de accionar el eje de giro (1b) para la colocación óptima del panel solar (1c) y un sistema de bloqueo (3) conectado al eje de giro (1b). El sistema de seguimiento (2) comprende un subsistema de control (2a) y un subsistema de accionamiento (2b) conectadas a una caja de derivación (7) con un microchip programado para generar una señal que envía el sistema de control (2a) y mandar una orden de desbloqueo al sistema de bloqueo (3) antes de permitir al sistema de accionamiento (2b) el movimiento del eje de giro (1b). Una vez el panel solar (1c) ha alcanzado la posición óptima el sistema de bloqueo (3), vuelve a bloquearse.
Description
DESCRIPCIÓN
SEGUIDOR SOLAR CON SISTEMA DE BLOQUEO
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere a instalaciones fotovoltaicas, más concretamente a estructuras móviles o seguidores solares de tipo monoeje, configuradas para orientar grupos de paneles solares en dirección óptima para la captación de la energía solar.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En las últimas décadas, el diseño y la mejora de las fuentes de energía renovable ha cobrado gran importancia el ámbito del desarrollo sostenible. Concretamente, la energía solar fotovoltaica es una alternativa eficiente y económica para la generación de energía eléctrica, de origen renovable, obtenida directamente a partir de la radiación solar mediante dispositivos semiconductores, denominados comúnmente como células fotovoltaicas. Dichas células son mecanismos o dispositivos eléctricos, que consiguen transformar la energía lumínica en energía eléctrica. Así, las células o celdas fotovoltaicas suelen agruparse en forma de paneles solares (denominados también paneles fotovoltaicos), que están formados por un conjunto de células o celdas que producen electricidad, a partir de la luz que incide sobre ellos.
Para lograr la optimización de la cantidad de energía solar obtenida en una instalación fotovoltaica, se busca aumentar la cantidad de radiación solar recibida por el panel fotovoltaico, de forma que la tasa de generación efectiva de dicha instalación sea mayor. Para ello, es necesario que el panel fotovoltaico permanezca en posición perpendicular a la radiación lumínica del sol, y, para logras este fin, actualmente se conocen los seguidores solares, que son dispositivos mecánicos capaces de buscar la posición del sol en cualquier momento del día, mediante algoritmos de búsqueda y mover el panel fotovoltaico en consecuencia.
Los seguidores solares son dispositivos formados por sistemas mecánicos, eléctricos y electrónicos que siguen la trayectoria del sol capturando la máxima radiación solar y están típicamente definidos por una parte fija y una móvil. Normalmente, la parte fija es la parte eléctrica y electrónica de alimentación del sistema, mientras que la parte móvil es la parte
mecánica, que habitualmente la forma un motor que mueve un conjunto mecánico que, a su vez, orienta la posición del eje del seguidor y, éste, el panel solar respectivamente.
Concretamente, existen diferentes tipos de seguidores según la libertad de movimiento que comprendan o de su algoritmo de seguimiento. Existen seguidores solares de un eje o de dos, según los movimientos de giro que puedan realizar. Los seguidores de un eje, siguen la trayectoria del sol en uno de los ángulos azimutal o de inclinación, polar o con un movimiento de forma oblicua. El seguimiento de forma oblicua, o en el eje polar, es aquel que se realiza con el eje de giro orientado al sur y una inclinación fija. Por otra parte, el azimutal es aquel que gira sobre un eje en disposición vertical y el ángulo coincidente con la latitud. Sin embargo, el más común, es el que sigue el sol de este a oeste a lo largo del día en el eje de inclinación u horizontal. Esto lo realiza con el eje en la dirección Sur-Norte y variando su inclinación a lo largo del día.
Deseablemente, un seguidor solar debe estar en funcionamiento en las plantas fotovoltaicas durante más de 30 años. Durante ese tiempo, debe ser capaz de soportar fuertes vientos en repetidas ocasiones, soportar lluvia, nieve y trabajar correctamente en márgenes de temperatura de -15 a 50°C. Al mismo tiempo debe ser una máquina autónoma con el mínimo mantenimiento posible.
La mayor inclemencia a efectos de inestabilidad de los paneles fotovoltaicos, son los grandes vientos. Capaces de generar vibraciones de los paneles solares, que ponen en riesgo el equilibrio del sistema. La solución conocida al problema de las vibraciones, se basa en amortiguadores o en bloquear el panel fotovoltaico. El bloqueo del panel se hace de manera, que el panel fotovoltaico queda bloqueado en una posición horizontal, es decir paralelo al suelo. Este sistema de bloqueo genera un sistema poco eficiente puesto que al no estar en posición perpendicular al rayo solar no se aprovecha toda la energía.
Por todo lo anterior es objeto de la invención un seguidor solar mejorado que evita las inestabilidades meteorológicas y mejora la eficiencia del seguidor solar.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN
A la luz de los problemas del estado de la técnica expuestos en la sección anterior, un objeto de la presente invención se refiere, principalmente, a un seguidor solar de un eje que comprende un soporte con un eje de giro perpendicular al soporte, conectado con al menos un panel solar y un sistema de seguimiento capaz de accionar el eje de giro del panel solar
para moverlo con respecto al movimiento de sol. Más concretamente, la invención se refiere a un seguidor solar según cualquiera de las reivindicaciones del presente documento.
El sistema se seguimiento del seguidor comprende, preferentemente, un subsistema de control y un subsistema de accionamiento, capaces de detectar la posición del panel solar y accionar el eje de giro del panel solar para su máxima optimización según la posición y radiación solar. El movimiento del panel solar, se realiza mediante un motor conectado al subsistema de control mediante un cable. El subsistema de control es el encargado de enviar las órdenes de movimiento al subsistema de accionamiento, es decir al motor, mediante unos sensores de detección de la posición del sol y una fuente de alimentación conectada al motor. El subsistema de accionamiento a su vez, es la parte mecánica del seguidor solar, encargada de realizar el movimiento del seguidor solar.
El seguidor solar de la invención se caracteriza, asimismo, por que comprende un sistema de bloqueo del eje de giro del seguidor y una caja de derivación conectada al sistema de seguimiento. El sistema de bloqueo se encuentra conectado al eje y al subsistema de control del sistema de seguimiento y la caja de derivación está conectada al subsistema de control, al subsistema de accionamiento y al sistema de bloqueo, preferentemente mediante unos cables. De este modo, la caja de derivación queda situada entre el subsistema de control, el sistema de bloqueo y el motor, pasando por ella todas las órdenes de los diferentes elementos.
Para entender mejor la invención, se debe describir el funcionamiento del seguidor solar. Es decir, que cuando el subsistema de control detecta, mediante los sensores, que el seguidor solar debe moverse, manda una orden al motor que es interceptada por la caja de derivación, la cual programa esa orden (por ejemplo, de forma inmediata o retardada) y ordena al sistema de bloqueo desbloquearse para permitir el giro del eje de giro y el panel solar. Una vez desbloqueado, el motor recibe la orden de movimiento y gira el eje de giro hasta la posición optima respecto la posición del sol del panel solar. Una vez alcanzada la posición óptima, el sistema de bloqueo vuelve a bloquearse.
El hecho de que el sistema de bloqueo quede bloqueado tras cada movimiento evita que el seguidor solar sufra efectos de inestabilidad. Los efectos de inestabilidad son debidos a las inclemencias meteorológicas durante el periodo de vida útil del seguidor. Por todo ello, el sistema de bloqueo, evita efectos como las vibraciones, el efecto del viento, etc., independientemente de la posición en la que se encuentre el panel solar, aumentando la
eficiencia del seguidor puesto que no pierde su posición óptima respecto al sol. Aprovechando la máxima energía solar en cada momento.
Además, al no sufrir tanto los efectos meteorológicos, se ahorra en mantenimiento y se alarga la vida útil del seguidor solar. Además al generar más energía, se consigue mejores rendimientos de producción anuales y por tanto un ahorro considerable.
Por último, la invención es un sistema estándar muy versátil, puesto que es capaz de ser adaptado a cualquier seguidor ya instalado y en funcionamiento. Únicamente se ha de implementar un pequeño cuadro eléctrico con la caja de derivación desde el sistema de alimentación y un sistema de bloqueo sobre el eje de giro del seguidor. De este modo, se puede decir que es un sistema válido para la mayoría de las instalaciones fotovoltaicas.
En el ámbito de la presente invención, se entenderá la expresión “sustancialmente” como idéntica o comprendida en un rango de variación de ±15%.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Las anteriores y otras características y ventajas se comprenderán plenamente a partir de la descripción detallada de la invención, así como de los ejemplos de realización preferente referidos a las figuras adjuntas, que se describen en los párrafos siguientes.
La Figura 1 muestra una vista de alzado de un seguidor solar, en una primera realización preferente de la invención.
La Figura 2 muestra una vista de alzado del sistema de seguimiento del seguidor solar, en una primera realización preferente de la invención.
La Figura 3 muestra una vista de alzado del sistema de bloqueo del seguidor solar, según una primera realización preferente de la invención.
La Figura 4 muestra, en perspectiva, la unión mecánica del pistón hidráulico con el eje de giro, en una primera realización preferente de la invención.
La Figura 5 muestra una segunda realización preferente del sistema de bloqueo de la invención.
Referencias numéricas utilizadas en los dibujos:
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Se expone a continuación una descripción detallada de la invención, referida a diferentes realizaciones preferentes de la misma, basadas en las Figuras 1-5 del presente documento. Dicha descripción se aporta con fines ilustrativos, pero no limitativos, de la invención reivindicada.
Según lo descrito en las secciones anteriores, la invención se refiere, preferentemente, a un seguidor solar (1) fotovoltaico, configurado para la captación de radiación solar la orientación de dicho seguidor solar (1) hacia la posición del sol. Tal como se muestra en la Figura 1, el seguidor solar (1) se apoya sobre una estructura, preferentemente metálica, que comprende uno o más soportes (1a, 1d) fijos (por ejemplo, hincados, apoyados o cimentados sobre el suelo) y un eje de giro (1b) longitudinal y sustancialmente perpendicular a los soportes (1a). Asimismo, sobre dicha estructura se fijan uno o más paneles solares (1c) de modo que, al estar unidos el eje de giro (1b) y el panel solar (1c), al girar el eje de giro (1b) lo hace también
el panel solar (1c). En el modo de realización de las Figuras 1-5, la unión del eje de giro (1b) con el soporte (1a) se realiza, preferentemente, mediante una rótula (1e) que se observa en las Figuras 3 y 4. En una realización preferente del seguidor solar (1) de la invención, éste comprende, además, un sistema de seguimiento (2) del sol, capaz de accionar el eje de giro (1b) y el panel solar (1c) para hacerlos girar orientándose hacia el sol, de forma programada.
En la Figura 2 se observa, con más detalle, una realización del sistema de seguimiento (2) del seguidor solar (1). El sistema de seguimiento (2) comprende, principalmente, un subsistema de control (2a) y un subsistema de accionamiento (2b).
El subsistema de control (2a) comprende, al menos, un sensor de posición configurado para medir la posición del eje de giro (1b) y/o del panel solar (1c). Por su parte, el subsistema de accionamiento (2b) comprende un motor (5) configurado para accionar unos medios de desplazamiento del eje de giro (1b) y/o del panel solar (1c). Preferentemente, el subsistema de control (2a) y/o el subsistema de accionamiento (2b) comprenden una fuente de alimentación conectada al motor (5), por ejemplo mediante cables (6a, 6c). Los sensores y la fuente de alimentación no se encuentran representados en las figuras.
Los sensores de posición tienen como objetivo detectar si el panel solar (1c) se encuentra en la posición óptima respecto del sol, preferentemente de forma programada, mediante medios de detección óptica (por ejemplo, cámaras, si bien estos medios no son esenciales en la invención) conectados a un algoritmo de seguimiento de la posición solar. De este modo, cuando los sensores detectan que el panel solar (1c) no se encuentra en la posición correcta, el subsistema de control (2a) manda actuar al motor (5) para mover el eje de giro (1b) y los paneles solares (1c) hasta la posición correcta, correspondiente a la que produce mayor captación de la energía solar, es decir, es la posición en la que la superficie del panel solar (1c) se encuentra perpendicular a los rayos del sol.
El seguidor solar (1) de la invención se caracteriza, principalmente, por comprender un sistema de bloqueo (3) conectado al eje de giro (1b), de manera que la orientación del seguidor solar (1) se encuentra bloqueada cuando los paneles solares (1c) se encuentran en posición optima respecto del sol y el eje de giro (1b) está en reposo. Así, se consigue que el seguidor solar (1) quede bloqueado tras cada secuencia de movimiento del panel solar (1c) hasta su posición óptima, de modo que el seguidor solar (1) no sufra efectos de inestabilidad debidos a las inclemencias meteorológicas, ni vibraciones por efectos del viento. Ello, además, aumenta la eficiencia del seguidor solar (1), puesto que aprovecha la máxima energía solar en cada momento.
E n una realización preferente de la invención, el seguidor solar (1) comprende una caja de derivación (7), conectada al sistema de bloqueo (3) y al sistema de seguimiento (2) (preferentemente, tanto al subsistema de control (2a) como al subsistema de accionamiento (2b)), que comprende, asimismo, un microchip (o medio de computación programable equivalente) programado con una secuencia temporal. Dicho microchip está configurado, así, para que las órdenes que da el subsistema de control (2a) al motor (5) se sincronicen o coordinen con las comprobaciones de posición de los sensores de posición. Asimismo, la caja de derivación (7) puede enviar órdenes de desbloqueo al sistema de bloqueo (3), para que el eje de giro (1b) pueda girar cuando la orden del subsistema de control (2a) al motor (5) se ejecute.
Preferentemente, la caja de derivación (7) está conectada al sistema de seguimiento (2), al motor (5) y al sistema de bloqueo (3), mediante cables (6a, 6b y 6c) correspondientes. En el modo de realización de la Figura 2, la caja de derivación (7) está conectada al subsistema de control (2a) mediante un primer cable (6a), al subsistema de accionamiento (2b) que comprende el motor (5) mediante un segundo cable (6c) y al sistema de bloqueo (3) mediante un tercer cable (6b). De este modo, las señales del subsistema de control (2a) pasan por la caja de derivación (7) antes de llegar a elemento de destino, derivándose al motor (5), ya sea de forma inmediata o generándose un retardo en la señal inicial, en función de la programación de dicha caja de derivación (7).
Adicionalmente, en el modo de realización de las Figuras 1 y 3, el sistema de bloqueo (3) se encuentra fijado al menos a un soporte extremo (1d) del seguidor solar (1). Además, el sistema de bloqueo (3) también se encuentra conectado al eje de giro (1b), ya que es el encargado de bloquear o permitir girar al eje de giro (1b) y con ello, al panel solar (1c). Al mismo tiempo, el sistema de bloqueo (3) se encuentra conectado a la caja de derivación (7) mediante el cable (6b), donde la caja de derivación (7) es la encargada de enviar la señal de bloqueo o desbloqueo al sistema de bloqueo (3) del eje de giro (1b).
La Figura 3, muestra un modo de realización del sistema de bloqueo (3), donde se observa que el sistema de bloqueo (3) comprende un pistón hidráulico (8) con una electroválvula (9). Donde el pistón hidráulico (8) comprende unos extremos (8a, 8b). De esta manera, el pistón hidráulico (8) se encuentra fijado al soporte (1d) por un extremo (8a) del pistón hidráulico (8) y se conecta al eje de giro (1b) por el otro extremo (8b) del pistón hidráulico (8). Concretamente, la unión preferente del extremo (8b) del pistón hidráulico (8) al eje de giro (1b) se realiza mediante una pieza mecánica tipo brida, que une el extremo (8b) del pistón
hidráulico (8), preferentemente con un saliente (12) fijado al eje de giro (1b), como se muestra en el modo de realización de las Figuras 3 y 4.
Adicionalmente, en la Figura 3 también se observa que la electroválvula (9), mantiene bloqueado el pistón hidráulico (8) y, con ello, al eje de giro (1b) cuando el panel solar (1c) se encuentra en la posición optima respecto del sol. El pistón hidráulico (8) comprende, así, una longitud (L) variable, capaz de alargarse y encogerse a medida que el eje de giro (1b) gira cuando el pistón hidráulico (8) se encuentra desbloqueado. Asimismo, tras cada movimiento del eje de giro (1b), el pistón hidráulico (8) vuelve a quedar preferentemente bloqueado por la electroválvula (9) con una longitud (L’) fija. De esta manera, tras cada movimiento, el seguidor solar (1) queda bloqueado, es decir, protegido de las inclemencias meteorológicas anteriormente mencionadas.
Adicionalmente, la electroválvula (9) se encuentra conectada al pistón hidráulico (8), de manera que cuando recibe la señal de la caja de derivación (7), la electroválvula (9) se abre o cierra, permitiendo que el aceite circule por el pistón hidráulico (8) y permitiendo al pistón hidráulico (8) alargarse o encogerse, variando la longitud (L) y permitiendo libertad de giro al eje de giro (1b).
Asimismo, en otra realización preferente de la invención según la Figura 5, el sistema de bloqueo (3) comprende dos pistones hidráulicos (8) preferentemente recíprocos (es decir, que cuando la longitud de uno aumenta, la del otro disminuye), y más preferentemente dispuestos en forma de "V”, conectados a un soporte (1a, 1d) por su parte inferior (por ejemplo, mediante una pletina (11)) y al eje de giro (1b) por su parte superior, por ejemplo conectándose a dicho eje de giro (1b) a través de un balancín (4) que permite transmitir la fuerza de dichos pistones hidráulicos (8), orientando angularmente el eje de giro (1b) y bloqueando la posición del mismo, bajo un determinado ángulo de inclinación.
En esta misma realización, los pistones hidráulicos (8) están preferentemente conectados mediante un latiguillo (10) que comunica las cámaras de aceite de los mismos, permitiendo por tanto el paso del aceite de un pistón (8) a otro. Preferentemente, en este latiguillo (10) se dispone la electroválvula (9) que será la encargada de permitir o retener el paso del aceite de forma que, cuando la válvula (9) esté cerrada (siempre que no llegue corriente eléctrica a ésta, por ejemplo si se trata de una válvula (9) normalmente cerrada), el sistema bloqueo (3) estará en posición bloqueada, ya que no se permite el flujo del aceite de un pistón hidráulico (8) a otro lo que impide, por tanto, el desplazamiento de los vástagos o extremos (8b) en el interior de los cilindros (8). Asimismo, cuando el motor (5) del seguidor solar (1)
empieza a funcionar, la válvula (9) se abre, abriendo a su vez el circuito de aceite entre los pistones hidráulicos (8).
En otra realización preferente de la invención, el sistema de bloqueo (3) cuenta con un subsistema de seguridad por si la electroválvula (9) falla y no consigue abrirse, o por si existe un fallo eléctrico entre la conexión entre la caja de derivación (7) y la válvula (9). Dicho subsistema de seguridad comprende, preferentemente, una válvula limitadora de presión, por ejemplo de funcionamiento mecánico, cuya función es permitir el flujo de aceite entre los cilindros hidráulicos (8) cuando aumenta la presión dentro de estos, es decir, cuando el seguidor (1) intenta mover su posición pero la válvula (9) se ha quedado cerrada por algún motivo.
Preferentemente, el funcionamiento del seguidor solar (1), en cualquiera de las realizaciones aquí descritas, comienza con la lectura de los sensores de posición del sistema de seguimiento (2), los cuales hacen una comprobación de la posición del seguidor (1) cada cierto tiempo, donde los sensores se encuentran preferentemente programados con el tiempo de comprobación deseado por el operador. Con cada comprobación de posición, si los sensores no detectan el movimiento del sol respecto de la posición del panel solar (1c), es decir, que los paneles solares (1c) están en la posición óptima, el seguidor solar (1) se mantendrá en reposo y los pistones hidráulicos (8) bloqueados. Por el contrario, si se detecta que el sol se ha movido, los sensores de posición mandan una señal al subsistema de control (2a), para poner el movimiento del eje de giro (1b) en marcha. De esta manera, la fuente de alimentación envía una señal de movimiento al motor (5), que es también interceptada por la caja de derivación (7). De este modo, la caja de derivación (7) programa la señal de movimiento del motor (5) mediante el microchip (o medio de computación equivalente) y activa la apertura de la electroválvula (9), permitiendo la liberación del pistón o pistones hidráulicos (8). Tras el desbloqueo de dichos pistones hidráulicos (8), la señal de movimiento termina y la caja de derivación (7) manda actuar al motor (5), para hacer girar el eje de giro (1b). El eje de giro (1b) puede, así, girar debido a que los pistones hidráulicos (8) están desbloqueados y pueden variar su longitud (L). El giro del eje de giro (1b) continúa, por tanto, girando hasta que el panel solar (1c) se orienta hasta llegar a su posición óptima.
Finalmente, el sistema de seguimiento (2) mediante los sensores de posición identifica que el panel solar (1c) está en la posición óptima y, a continuación, el subsistema de control (2a) corta la alimentación hacia la caja de derivación (7) y el sistema de bloqueo (3) se activa, es decir la electroválvula (9) se cierra, bloqueando los pistones hidráulicos (8) con una longitud (L’) fija, impidiendo cualquier tipo de movimiento del eje de giro (1b) y, por lo tanto, del seguidor solar (1).
Claims (13)
1. - Seguidor solar (1) que comprende:
- al menos un soporte (1a, 1d) unido a un eje de giro (1b), donde se dispone al menos un panel solar (1c);
- un sistema de seguimiento (2) equipado con un subsistema de control (2a) y un subsistema de accionamiento (2b) del eje de giro (1b), donde dicho sistema de seguimiento (2) comprende al menos un sensor de posición del eje de giro (1b), un motor (5) de accionamiento del eje de giro (1b) y una fuente de alimentación de dicho motor (5);
- un sistema de bloqueo (3) conectado al eje de giro (1b);
donde el seguidor solar (1) está caracterizado por que el sistema de bloqueo (3) comprende:
- al menos un pistón hidráulico (8) conectado al eje de giro (1b) y controlado por una electroválvula (9), donde el cierre o la apertura de la electroválvula (9) mantiene bloqueado o desbloqueado el movimiento del pistón hidráulico (8), respectivamente; y
- una caja de derivación (7) conectada al sistema de seguimiento (2), al motor (5) y al sistema de bloqueo (3).
2. - Seguidor solar (1) según la reivindicación anterior, donde el sistema de bloqueo (3) comprende dos pistones hidráulicos (8) recíprocos, dispuestos en forma de V, conectados a un soporte (1a, 1d) por su parte inferior y al eje de giro (1b) por su parte superior, de forma que la extensión de dichos pistones hidráulicos (8) configura la posición angular de bloqueo del eje de giro (1b).
6. - Seguidor solar según cualquiera de las reivindicaciones 2-5, donde el sistema de bloqueo (3) comprende un subsistema de seguridad equipado con una válvula limitadora de presión, configurada para permitir el flujo de aceite entre los cilindros hidráulicos (8) cuando aumenta la presión dentro de estos.
8. - Seguidor solar (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el sistema de bloqueo (3) es desbloqueado por la caja de derivación (7), mediante la apertura de la electroválvula (9), cuando el subsistema de control (2a) del sistema se seguimiento (2) da orden de movimiento al motor (5) para hacer el posicionamiento correcto de los paneles solares (1c) mediante el giro del eje de giro (1b).
9. - Seguidor solar (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la caja de derivación (7) comprende un microchip programado con una secuencia de tiempo.
11. - Seguidor solar (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el sistema de bloqueo (3) se encuentra fijado a los soportes extremos (1d) por el extremo (8a) de al menos un pistón hidráulico (8) y al eje de giro (1b) mediante un saliente (12) por el extremo (8b) de dicho pistón hidráulico (8).
12. - Procedimiento de bloqueo de un seguidor solar (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, por parte del sistema de bloqueo (3) bloquear la señal de la caja de derivación (7) mediante el cierre de la electroválvula (9), cuando el panel solar (1c) se encuentra en una determinada orientación y el motor (5) se encuentra parado.
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