Archivo para enero, 2011


La Estación Experimental de Manzanares en España, fue una instalación experimental que funcionó durante algunos años. Se muestra una vista general de la instalación.

El colector solar fue hecho de plástica, una vista por debajo del material del colector y una vista de durante su instalación se muestran en las dos figuras anteriores.

El aire se calienta en el colector solar y por diferencia de densidad asciente por la chimenea, en la base se coloca un aerogenerador el cual extrae parte de la energía contenida en el aire para producir energía eléctrica. Una vista desde la parte inferior de la turbina se observa en la figura, al fondo de la misma, se puede observar la abertura superior de la chimenea.

La producción de energía depende principalmente de varios factoers, el mas importante es que haya sol (lógico).

Si hay alguien que desea o esté desarrollando el tema bien podemos participar en ello, quizás podemos llegar a publicar algo en alguna revista.

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Llamado torre solar o chimenea solar. Consta de dos partes una chimenea en cuya base se coloca uno o varios aerogeneradoers y, un colector solar. El colector consta de una supeficie por lo general circular sobre el cual se coloca un techo de material plástico o de vidrio el cual actúa como invernadero, es decir, el aire se calienta por lo que reduce su densidad, este asciende por la chimenea. Esta masa de aire circulante se recupera con el aire que ingresa por los bordes el colector.

Las turbinas están acopladas a un generador. Ambos por lo general están fijos al suelo. La fuente de energía de este sistema, es la radiación solar. En días soleados la producción de energía es mayor. Existen diferentes criterios para optimizar estos diseños. Así mismo, varias experiencias en el mundo se han realizado a manera experimental o que se están construyendo. Según todas las referencias, se menciona que su eficiencia es baja, y yo creo, que puede ser esa la realidad y la vez una oportunidad, de buscar maneras de mejorar la eficiencia de tales torres solares y reducir costos, labor de físicos, matemáticos e ingenieros.

El principio de torre solar, también se ha aplicado en construcción residenciales, de oficinas, empresas y fábricas. Esto es bueno porque al estudiar un caso en particular, podremos inducir soluciones en otras aplicaciones.

Este es otra forma de energías renovables bastante interesantes de estudiar, investigar, proponer mejoras y soluciones, simularla y obtener resultados.


MATLAB/SIMULINK Y APLICACIONES EN ENERGIAS RENOVABLES”

Por:

Jorge L. Mírez Tarrillo

Ing Mecánico Electricista
Maestro en Ciencias, mención en Física
Blog sobre Matlab/Simulink y Energías Renovables:
https://jmirez.wordpress.com

Duración: 30 horas. Costo: US$ 550

Módulo
Nro.
Tema Nro. de
horas
OBS.
1 Introducción a Matlab: Las cuatro operaciones, declaración de variables, creación y uso de carpetas, uso de ejemplos, etc. 4 PDF
US$ 50
2 Introducción a Simulink: creación de archivos, uso de carpetas, creación de modelos simples en Simulink 4 PDF
US$ 50
3 Creación de funciones en Matlab/Simulink: uso de principales comandas. 4 PDF
US$ 50
4 Desarrollo de modelos en Simulink con funciones. 4 PDF
US$ 50
5 Desarrollo de aplicaciones de Simulink en energía eólica. 3.5 PDF
US$ 100
6 Desarrollo de aplicaciones de Simulink en energía solar, transformador, rectificadores e inversores. 3.5 PDF
US$ 100
7 Simulink aplicado a baterías y cargas. 3.5 PDF
US$ 50
8 Repaso general del curso y reforzamiento con ejercicios finales. 3.5 PDF
US$ 100
       
Requisitos:

  • El alumno debe tener instalado en su computadora el software de Matlab/Simulink.
  • Contar con conexión a internet: Gmail, Skype con audio y video si es posible.
Forma de Trabajo:

  • Se trabajará en base a horarios coordinados con el alumno.
  • El alumno puede hacer sus consultas anticipadas via email.
  • El tiempo necesario para llevar todos los mòdulos, depende de la disponibilidad del interesado en el curso, se puede trabajar todos los días a razón de un mòdulo por día si hay urgencia en el aprendizaje del alumno. Favor coordinar previamente.
  Actualizado: 05 / 02 / 2011
    JORGE MIREZ
  Telf. Cel.: (0051) 988063239 – RPM *550136   PERU jorgemirez2002@gmail.com

En todos los módulos se dispondrà de horas adicionales (como soporte) para reforzamiento, consulta de dudas y
el recibir email con preguntas.

Tambièn se dan asesoramiento de tesis de pregrado y postgrado. Los precios por asesorias se coordina via teléfono, email, chat o Skype

Atentamente:

JORGE MIREZ


Pues en el gráfico se muestra como ha ido evolucionando la potencia instalada en energía eólica en España. He considerado esta gráfica dado que estamos fines de enero 2011 y muestra los datos completos hasta el 2010, eso es buen dato.

Es la energía eólica la principal fuente de energía en España dentro de unos pocos años?. Todo depende que su Gobierno siga apoyando la instalación de más aerogeneradores y que bien se preocupe también por las cuestiones de Ciencia y Tecnología que se desarrollan en sus universidades y empresas. Sólo así pueden mejorar sus diseños, sus productos y crear un mercado y empresas con independencia económica capaces de competir mercados a nivel internacional.

Bueno bueno, acá en Perú, no conozco empresa que haga con tecnología nacional aerogenerador mayor a 10KW, mejor que sean unos 20KW por si me equivoque y esto, no es echar leña al fuego, sino que se debe impulsar la fabricación en serie de dichos aerogeneradores, y que compitan , esto quiere decir invertir en CyT.

Los aerogeneradores mientras en mayor cantidad son, trabajan mejor, compensar altos y bajos de velocidad de viento y mantienen en el voltaje de mejor forma que sólo fueran unas cuantas unidades. Además, al ser más unidades, bien pueden fallar algunas y el sistema eléctrico funciona.


Hola, creo que esta figura aún no lo he ingresado, pues bien. Los puentes de diodos lo hay de media onda y de onda completa. A partir de esos dos básicos se les puede agregar más componentes electrónicos que permitan una mejor salida de la onda de voltaje del puente de diodos. Les doy la mas usada de ambas que es el puente de onda completa con cuatro diodos entrecruzados y cuya salida también se muestra en la figura.

Por alguna circunstancia que no he podido captar durante la simulación es que hay un leve distorsión de la forma de la onda.


Visiten el siguiente enlace: http://www.uni.edu.pe/sitio/novedades/2011/np_feria.htm

Fue considerado entre los 35 proyectos para presentarse en el evento: “Oferta Científica y Tecnológica para el Desarrollo Sostenible del País”, una Feria Científica y Tecnológica organizado por la Universidad Nacional de Ingeniería y que se llevó a cabo en la Plaza “José Faustino Sánchez Carrión” del Congreso de la República del Perú.

Al evento asistimos con folletos y una pequeña gigantografía.

El resumen presentado en el afiche del enlace mostrado dice:

MODELAMIENTO DE UNA MICROGRID DE VOLTAJE ALTERNO/CONTINUO CON FUENTES EOLICA, SOLAR, BATERIAS Y RED CONVENCIONAL.
En los últimos decenios, la industria eléctrica está experimentando un cambio fundamental desde el tradicional patrón de operación centralizada hacia la introducción de una gran cantidad de fuentes generadoras conectadas a niveles de distribución en Media Tensión. En los últimos años la tendencia se mueve hacia Mallas (Grids) en baja tensión entre 200 y 1000 V, a través de interconexiones de pequeñas fuentes modulares de generación eléctrica (micro-Plantas). Esto forma un nuevo tipo de sistemas de potencia: Microgrids.

Otras direcciones relacionadas son:

http://www.uni.edu.pe/sitio/novedades/2011/np_feria2.htm

http://www.uni.edu.pe/sitio/novedades/2011/np_feria2a.htm


Hay mucho por investigar en este campo de las energías renovables. En lo que es PERÚ pensamos liderar a nivel nacional la investigación en microgrid junto con todos nuestros colaboradores.

Esperamos encontrar el financiamiento que nos permita continuar de manera más sólida y aportar con artículos en revistas internacionales y presentación en congresos de nivel internacional.

Así mismo, la inclusión de estudiantes y profesores de diversas facultades en un trabajo multidisciplinario.


Se han dado algunas recomendaciones, pero los hay muchas más.

Seria importante estimular la investigación en Perú con mayores aportes por parte del Estado y de  empresas privadas, o mejorarlo con cooperación internacional que nos den la oportunidad de publicar, optar por posibilidades de doctorado afuera y una mejor espectativa de trabajo… podemos hacer una excelente tesis en Perú y salir a “patear latas”.

Lo principal de las recomendaciones es publicar, armas grupos de investigación y trabajo, buscar financiamiento para los investigadores (algo difícil por estos lares).


Otras conclusiones ha sido el detalle de los equipos que necesito para hacer la microgrid automática.

También se ha obtenido datos bastante precisos del funcionamiento de cada elemento de la microgrid.

Para llegar a terminar de modelar la microgrid, se ha desarrollado más de un centenar de programas en lo que se han ido probando y desarrollando lo modelos e implementado los criterios. Muchos errores se han podido encontrar y solucionar para que el software corra “run” sin problemas.

Todo el modelo de la microgrid se ha desarrollado en una laptop HP.


Este es un esquema básico de como la información es reportada por cada elemento de la microgrid hacia un control de corriente, voltaje, potencia y energía. Este control hace el seguimiento del funcionamiento de cada elemento de la microgrid.

Se puede colocar un control adicional a cada equipo que permita no sobrecargar con data y toma de decisiones al control principal.

Por el momento esto se ha hecho asumiendo ciertos criterios, pero se espera afinar en una próxima etapa de experimentación si se logra tener el dinero para ello (ojalá).


Se muestra en la gráfica los propósitos perseguidos durante el desarrollo de la investigación.  Así mismo, los criterios y objetivos.

Dado el pequeño espacio de la diapositiva se coloco algunos, pero en la tesis están detallados los mismos más otros más.

El estado estable que se habla es un funcionamiento normal, sin la presencia de fallas, desviaciones severas de los parámetros, sin pérdida de sensores ni de performance de los equipos, mejor dicho, todo funciona bien.


Por lo tanto, nuestro estudio se basa en Microgrid. En la figura mostramos un modelo de microgrid hecho en otros países, dado que nuestra realidad es particular, hemos podido enfocarnos en energía solar fotovoltaica, energia eólica, baterias y la red eléctrica de distribución de la microgrid. También esta la fuente externa de energía que tiene un interruptor o control que permite hacer el intercambio de potencia bajo condiciones determinadas.

En la realización de la tesis, todo esto se ha ido modelando y simulando por medio de Matlab/Simulink, dando a cada elemento las condiciones del caso necesario para que cumplan un trabajo lo más real posible dentro de las limitaciones y criterios tomados en cuenta para la presente simulación.

Otras funciones de la microgrid se puede ir agregando a medida del trabajo que se realize de manera individual o multidisciplinario. O  por medio de colaboraciones con otros grupos e instituciones.


Esta figura ya esta en alguna otra entrada anterior, pero habrá quizás que comentar algo que espera sea nuevo.

Estamos en una época interesantísima de desarrollo del tema. Toda idea es bienvenida y no es nada malo mejorarla o compartirla. En este blog muchos buscan información, pero pocos comparten algunas ideas, seria bueno que lo hagamos más seguido, ya que de esta manera, se puede aportar mejor, de hecho, que cada quien cuidando sus intereses, sean estos desde pasar aprobado el curso hasta ser un millonario.

Matlab/Simulink es una poderosa herramienta que se puede utilizar para estos efectos, sin embargo, tengo referencia que lo hay otros. Sin embargo, son los criterios del programador los que aun siendo un modelo sencillo o complicado, determinen una mejor explicación del modelo. Programar cuesta algunas horas de leer y programar, a comparación de la parte experimental que cuesta muchas horas para conseguir el dinero, construirlo y testear. La facilidad de la programación se ayuda si hay personas que de una u otra manera, conocen la parte práctica de la ingeniería de dichos elementos. Si es un ingeniero y a la vez fisico (como yo) ciertamente tiene sus ventajas.

Y a cualqueir nueva idea, lo principal es publicarlo para asegurarse la propiedad de la idea y ganar algun sencillo (poco dinero) por si acaso. Alguna empresa que desee financiar estos estudios ???


Este es un diagrama que considero explica de mejor manera lo que es una Microgrid. No es el sistema que alimenta a una sola casita y listo, ese concepto ya fue, es un concepto anticuado que se planteo alla por años que naci (1975).

La microgrid involucra potencias hasta de 10 MVA, eso significa una ya importante capacidad instalada, distribuida, almacenada y cosnuma. Es por ello que en el concepto de microgrid se dice de un pueblo, un barrios residencial, una comunidad académica, una industria…

En una microgrid las fuentes como veran, estan cerca a las cargas. Bueno, esto se ajusta al término de Generación Distribuida que se aplica tanto a SmartGrid como a Microgrid. Una microgrid puede trabajar conectada a la red, o desconectada (independiente de la red).

Numerosas tecnologías nuevas o mejoradas se pueden aplicar en las microgrids. Dado la poca potencia que contienen se pueden desarrollar y mejorar nuevos modelos de equipos, principios o prototipos para las diferentes partes que implica un sistema eléctrico.


Una microgrid no es en pequeña escala una Smart Grid, no lo es, esa idea desaparezcelo de tu mente. Yo ya lo hice.

Una Microgrid se adapta bien a las situaciones locales particulares de cada aplicación. Si lo vemos desde el ambito de investigación, estas soluciones pueden servir con alguna cosita o idea a las Smart Grid. Las soluciones locales, va por utilizar medios o herramientas locales que pueden servir para la generación, transmisión, distribución o almacenamiento de la energía producida.

Las Microgrid son adaptables a cualquier realidad en el mundo, mientras que las Smart Grid sólo están disponibles para las grandes potencias, con una alta capacidad económica y a pesar de eso tienen problemas en conseguir la participación de todos los actores del  mercado eléctrico y el dinero deseado.

Las Microgrid es igual a David y las Smart Grid es Goliat… ambos muy diferentes y con diversas herramientas o medios de trabajo.

La tesis ha servido para que investigando el funcionamiento de una MIcrogrid podamos coger (tomar) algunas ideas de lo que son las Smart Grid y aplicarlas a la Microgrid en estudio. De este criterio se ha obtenido importantes resultados con una mejor idea de su funcionamiento.


Una Smart Grid tiene varios componentes, muchos diria yo, que se enlazan y que comparten información (abundante) del estado actual del sistema. Es la gran cantidad de información la que se tiene que procesar para lograr un estado del sistema de la más alta performance, uno de los objetivos de la política de las smartgrid.

La figura representa un esquema general de todos los componentes posibles, algunos de ellos no son aun posibles en paises menos desarrollados, pero tarde o temprano esas tecnologías estarán por acá.

Asegurar la calidad de la energía en el usuario implica no menos que muchas mejoras en las etapas anteriores de la generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica. Mejores diseños, reorientar el mando y control, la optimización y la eficiencia tienen que llegar a límites no conocidos hoy y según la información que se dispone se está en ese camino.

Las Smart Grid es un emocionante concepto que nos muestra como será la red eléctrica dentro de unos 20 ó 30 años, es decir, cuando ya sea abuelo, pero al menos según el cálculo probabilístico llegaremos a verlo.


En esta diapositiva describo lo que es una Smart Grid. Llamada también en la traducción al español: Red Inteligente.

Ha historia detrás de todo esto se basa principalmente en la red eléctrica de Estados Unidos de América, que es un muy muy gran infraestructura eléctrica que fue implementada durante los años 60′ o 70′ del siglo pasado y que no ha sido mejorada. El sistema se ha ido sobrecargando, las inversiones cada año han ido disminuyendo para mejorar esa infraestructura y ahora esta es un tema preocupante.

Dicho sistema, desde sus inicios se han ido agregando sensores, computadoras, etc… que lo han tratado de hacer de alguna u otra manera, autónomo y tratando de llevar un control de sistema. Pero esto no ha sido posible, por lo que han habido apagones, no solo en USA, sino en otros paises con sus sistemas eléctricos que han seguido dicha idea.

A pesar de las mejoras en lo que son sensores y comunicaciones en las redes eléctricas se ha planteado como una de las soluciones es crear una sistema tan complejo, inteligente, sin precedentes que pueda elevar la fiabilidad, calidad de la energía, interacción empresa-cliente a un sitial bastante modernizado e innovador. Esas son las Smart Grid.

Mas el costo de implementarlas es bastante caro, implica mucha inversión y algunos países desarrollados han puedo una cantidad de dinero muy elevadas para ir desarrollando dicha infraestructura.


En recientes años se ha comenzado a utilizar una nueva forma de topología de red eléctrica conocida como Generación Distribuida, en la que las fuentes de energía están cerca a las cargas y no siguen el patrón de distribución y red eléctrica tipo árbol.

En la red tipo árbol, el sistema se alimenta de unas cuantas centrales de gran potencia. Mientras menos fuentes son, el sistema es más vulnerable. Los conductores cerca a las centrales o bien son de grueso calibre o es necesario cambiar el nivel de tensión en la cantidad necesaria para que las pérdidas eléctricas se mantengan dentro a las tolerancias técnico – económicas.

En la Generación Distribuida, dado su nueva topología, crea nuevos problemas a estudiar, como la coordinación de fuentes, los sistemas de protección eléctrica, fkujo de potencia, dimensionamiento de conductores, etc.

Países desarrollados, en especial lo de la parte norte de Europa como por ejemplo Dinamarca, tienen muy bien implementada la Generación Distribuida. En internet se puede apreciar interesantes experiencias sobre esto y lo bueno, es que el tema da para buen tiempo y se sigue investigando fuertemente.


La presente tesis se ha enmarcado dentro del trabajo del grupo que conformamos el Laboratorio de Computación Distribuida, Altas Energías y Energías Alternativas del Centro de Tecnologías de la información y Comunicaciones (CTIC) de la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI).

Los miembros del grupo son (de izquierda a derecha): Dennis (UNI, hoy cursando estudios de maestría en USP – Brasil), Jorge Mírez (autor de este blog), Carlos Olivares (UNI), Alejandra Altamirano (UNI), Abraham Zamudio (UNI – Radio Observatorio de Jicamarca), Dr. Piermaria Oddone (Director de FERMILAB – USA), Dr. javier Solano (Jefe del Grupo), Adolfo Chamorro (UNI), Kenyi Hurtado (UNI, cursando ahora estudios de doctorado en CBPF – Brasil).

En la diapositiva se hace mención a algunos trabajos realizados en la UNI, sobre temas particulares, como por ejemplo Pepe Choy hizo un estudio monográfico. Los chicos del PAET, un informe de termino del programa en mención. En la parte experimental está el ing Sálomé de la Facultad de Mecánica que hizo estudios, desarrollo y construyo un aerogenerador de 500 Watts y ahora vienen construyendo otras de mayor potencia. El Ing Dinau de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, con la instalación y prueba de aerogeneradores de pequeña potencia para uso en domicilios. Los trabajos en base a proyectos del Centro de Energías Renovables y el Laboratorio de Energía Solar de la Facultad de Ciencias de la UNI.

El tema no era muy conocido en el entorno académico, pero todos colaboraron de una u otra manera dando sus aportes en bibliografía o referencias de personas tanto a nivel nacional como internacional.


El Perú cuenta con estudios de su potencial eólico con mediciones de viento promedios a lo largo de un año. Numerosos estudios recientes con equipos de campo y satéliltes, han permitido corroborar las experiencias acumuladas de habitantes de los diversas regiones del Perú. Por lo general, los lugares con fuerte viento reciben nombres ilustrativos de lo que sucede en tales sitios, como por ejemplo: Mal Abrigo, Wayrak (viento en español), etc.

Hace años la información no era muy precisa como se muestra en la figura de la izquierda. Recientemente se tiene mapas con el de la derecha que es parte del Mapa Eólico del Perú hecho por el Ministerio de Energía y Minas del Perú y que corresponde a la Región Lima, en donde se ubica la Ciudad Capital del Perú que es Lima.

Existen en numerosas partes del litoral peruano, lugares con fuertes vientos, incluso con buena área geográfica en donde bien se puede analizar la instalación de turbinas de viento off-shore para la obtención de una importante cantidad de energía eléctrica.

Otras zonas de importancia lo están en la Coordillera de los Andes, principalmente en los cerros y montañas que dan hacia el Océano Pacífico, con altas velocidad, pero que supongo por experiencia, deben estar ubicados en zonas algo innacesibles y que implican un fuerte gasto en inversión. La diversidad geográfica natural del Perú es impresionante, los paisajes cambian constantemente.

En tal Mapa Eólico del Perú se puede apreciar en detalle el potencial de viento para cada lugar del Perú según su región (antes departamentos).