Archivo de May, 2011
Estados Unidos de América es una nación con muchas particularidades a estudiar siendo una de ellas la forma y cantidad en que consumen, generación y distribuyen energía eléctrica. La primera figura mostrada nos muestra una distribución de las ventas de electricidad clasificadas según el uso final dentro de las categorías de comercial, residencial e industrial. Pueden ver la cantidad de energía consumida durante el año y en porcentaje lo que cada usuario tipo ha realizado durante ese año del 2001.
En la segunda figura se muestra como ha ido variando los precios de la electricidad por sector para los consumidores de los Estados Unidos de América (USA). Estos precios pueden ser comparados en cualqueir país con la conversión previa monetaria respectiva. Las subidas y disminuciones del precio de la electricidad, tienen su porqué obviamente.
En el diagrama mostrado se presente de manera unifilar un sistema HVDC. Están los geneneradores en AC (lógico) con sus respectivos transformadores y rectificadores. La línea de HVDC que transmite la energía eléctrica en corriente continua en niveles de voltaje bajos y altos como se puede ver en las diferentes experiencias a nivel mundial en HVDC. Luego siguen los inversores que entregan la energía eléctrica en alterna hacia los transformadores reductores que distriuyen la energía a las cargas a través de las redes de subtransmisión y distribución. Las potencias que maneja una línea HVDC puede ser de hasta 6 GW o más… grandes líneas HVDC están en construcción o se planean construir en USA; Brasil, CHina, India, Sudáfrica, entre otros países.
Estos sistemas también cuentan con la protección eléctrica necesaria, la recolección de datos que son procesados y tratados en base a los cuales computadoras determinan las condiciones del sistema en cada momento. Una línea HVDC puede ir en torres (como las suelen ser las líneas de transmisión AC), pueden también ir enterradas o ser submarinas (experiencia grande en Europa donde la energía eléctrica producida por los parques eólicos en mar son transportadas por líneas de corriente continua hacia la orilla del mar).
Aclaración, líneas de corriente continua los hay en varios voltajes, pero estos diseños de HVDC estamos hablando desde aprox 330kV para arriba (500 kVDC, 600 kVDC, 800 kVDC).
He querido mostrar en la presente entrada el diagrama unifilar de una estación de distribución, que en Perú lo solemos llamar: Patio de Llaves. Podrán apreciar los voltajes de trabajo de los diferentes equipos. La energía eléctrica viene por la red de subtransimión y el primer elemento que actúa sobre ella son interruptores, fusibles, seccionadores y los hay de diferente modelos, marcas y precios (obviamente). Los seccionadores en los que se puede observar visualmente los contactos garantizando que el operario o personal tenga la seguridad que no puede haber flujo de energía eléctrica. Hay también pararrayos y luego el transformador de potencia, para hacer la convesión de voltajes. Hay también relés de sobrecorriente, de sobretensión y pueden haber otros relés seleccionados según la particularidad de la carga a alimentar. También hay equipos de medición (cosa que la figura no lo han contemplado como transformadores de corriente, transformadores de voltaje, termocuplas, etc). Luego la energía llega al bus (en Perú lo llamamos barra) en donde se conectan todos los circuitos de distribución (circuitos alimentadores) con sus respectivas protecciones… dichos circuitos alimentadores llevan la energía eléctrica hacia las cargas eléctricas o hacia transformadores de distribución si el nivel de voltaje lo amerita o permite.
El diagrama mostrado se llama UNIFILAR porque muestra en una línea un circuito trifásico como es lo que en realidad es lo mostrado. Para identificar algunas características particulares del circuito se utiliza símbolos como la delta y la estrella en el transformador…
La figura muestra la forma tradicional de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica… En ella, se tiene que en las centrales eléctricas de diferente tipo, la energía prima es transformado en energía eléctrica que llega aun patio de llaves en donde transformadores de potencia elevan el potencial eléctrico de la energía a valores tales que permiten la transmisión a grandes distancias de grandes cantidades de potencia eléctrica y que en los lugares a arribo, hay transformadores de potencia que reducen a niveles de voltaje tales que permiten la distribución entre los consumidores sean estos en media tensión (industrias, cargas importantes, etc) o baja tensión (residencias, comercios, colegios, etc).
Hay un paso intermedio entra la transmisión y la distribución de energía eléctrica, se llama: sub-transmisión. Las normas de cada país regulan los voltajes, frecuencias, niveles de ruido, protección eléctrica, diseños de líneas de transmisión, selección de los diferentes equipos… también hay normas internacionales que hacen recomendaciones sobre ello, unas más exigentes que otras que son más comerciales.
Hola a todos… la figura muestra un ejemplo de como la demanda de potencia eléctrica varía durante la semana (es algo representativo, no se cumple para todos los casos, pero da una idea del asunto). Entonces las cenrales eléctricas que se utilizan para abastecer a esta demanda se pueden clasificar como centrales base, centrales intermedias y centrales de punta.
Las centrales base están permanente funcionando a su máxima capacidad permitiendo bajos costos de la energía eléctrica. Las centrales intermedias son las que llevan a abastecer cierta cantidad apreciable de la demanda y que por su capacidad nominal pueden suplir energía pero a costos un tanto mas caros que las centrales base. Y las centrales de punta, con capacidad de encendido rápido y puesta a punto en corto tiempo, por lo general utilizan combustibles fósiles lo que incrementa el costo de la energía eléctrica.
SIn embargo, eso no es todo, puesto que capacidad instalada hay mucho más del máximo histórico, esto genera en una reserva de capacidad en dos variantes: reserva de capacidad paralizada que se dice a la maquinaria en stand-bye y reserva de capacidad volante, que se refiere a la maquinaria que está en movimiento pero no produce energía eléctrica.
Se tiene cuidado en que la inteconexión entre las diferentes fuentes se haga de manera adecuada, para cubrir las distancias entre barras o centros de consumo se procura un adecuado nivel de tensión y las líneas de transmisión de sieño particular para cada caso.
Hola estimados visitantes… registro que en abril 2010 hubo 8 visitas y en mayo 2010 hubo 36; por lo tanto, aunque sin pensar, este blog ha cumplido un año. Sin embargo, sus inicios fueron serenos, motivados por mostrar algún avance en el tema que nos automotivara para seguir en el desarrollo de tesis de investigación. Hacia fines del año 2010, se tomó más impulso en postear debido a que le dedique 100% del día en el desarrollo de la tesis y por lo tanto, entre descansos, había algo siempre que postear.
Después de la sustentación de tesis (04.10.2011), el blog ha sido un medio para ir colocando entradas con un contenido más explicativo, de propuestas, de posibles temas de desarrollo, de motivar a que la gente se interese por el tema, siendo éste algo dificil de estudiar por la falta de equipamiento, pero si es sencillo tener una computadora y ponerse a modelar.
Espero que con la experiencia acumulada, cada entrada sea del mayor interés para quienes lo visitan… muchas gracias por visitarnos, por recomendar visitarla, a quienes asesoro por confiar …
La empresa se llama TDK y seguro que hay muchas que están sacando versiones al respecto. Los capacitores son aquellos que tienen la propiedad de almacenar energía en forma de campo eléctrico, tienen varias cualidades como que el material tiene la propiedad de perdurar ese campo eléctrico, permeabilidad alta, resistencia de superficie pequeña, resistencia volumétrica alta. Sin embargo, estos pequeños elementos que se conoce desde hace épocas han ido evolucionando consiguiendo materiales que almacenen cada vez más energía eléctrica y a un mayor voltaje cada vez.
Hoy los hay hasta de 50 kV… es ya algo bastante apreciable y sus capacitacias están en el orden de hasta 5 mF… impresionante. Se prevee que estos sean en pocos años el reemplazo a las baterías debido a que no necesitan mantenimiento, ni tampoco se basa en reacciones químicas, además cada vez se está consiguiendo mayores densidad de energia y mejor desempeño… últimamente el grafeno está dando índicios de su utilidad para éste tipo de cosas. Sus aplicaciones va en almacenar energía, así como también el servir para regular la producción de fuentes renovables como la energía eólica y fotovoltaica, en donde, por cuestiones de fluctuaciones en la velocidad del viento o por sombreado de cierta zona del parque solar, se da decrementos en la producción eléctrica o en el caso de compensar defectos de los equipos de control electrónico que regulan por ejemplo el seguimiento del punto de máxima potencia de despacho de una fuente fotovoltaica.
Si están interesados en el tema, se puede simular y por supuesto, estamos para asesorarles…
Hola estimados visitantes… a veces se encuentra que hay catálogos que no contienen toda la información técnica necesaria para que podamos hacer los cálculos eléctricos necesarios para la realización de nuestros trabajos de investigación, de curso o de tesis. Acá les muestro lo que es propiedades físicas de los metales usados en cables, estos valores cumplen los requisitos mínimos optados por la norma internacional comúnmente aceptada.
Se dice conductor al elemento que conduce electricidad de material sólido, y cable al conjunto de conductoers trenzados para conductir mucha mayor cantidad de corriente y potencia. Tranzados para mantener la forma y disminuir los espacios interconductores que se pudieran presentar y aumentar también la resistencia a la tensión mecánica.
Les muestro de los más conocidos: cobre, aluminio y también de plomo. De este último esta destinado para fines bastante específicos en comparación al cobre y aluminio que son ampliamente utilizados en la electrotécnica.
Lo que muestro en esta entrada es el circuito equivalente de un transformador eléctrico de potencia, el cual puede ser simulado en Matlab/Simulink con entradas que permitan visualizar sus características de funcionamiento (lógico). Pueden apreciar que tiene las resistencias e inductancias de ambos bobinados de entrada y de salida, así como la resistencia e inductancia de magnetización, más, el transformador ideal en donde se cumple la relación lineal de voltajes y corrientes en función a la relación de transformación (relación entre número de espiras de la bobina del primario entre el número de espiras de la bobina secundaria).
Dado que estos ya implican la utilización de números complejos, hay que tener cuidado en la escritura de las ecuaciones con complejos en Matlab, dado que pueden dar resultados no esperados e ilógicos. En la parte gráfica se debe tener el cuidado de trabajar con planos que permitan dibujar números complejos a fin de obtener una gráfica más explicativa de lo que están estudiando o determinando (trayectoras de funcionamiento).
Hay veces que es útil tener una referencia sobre la resistencia por unidad de longitud (por lo general km) para hacer uno que otro cálculo. Cada fabricante tiene su lista de productos con sus especificaciones técnicas o algún programa que permite mostrarte resultados según lo puesto en su base de datos. Sin embargo, hay normativas que todos los fabricantes deben cumplir y ceñirse a valores máximos de resistencia por unidad de longitud… los fabricantes cumplen la norma y si lo hacen menos o mas resistivo, ya es cuestión de fabricación, marketing, costos y ventas.
En esta gráfica les muestro los valores máximos para corriente continua (corriente directa o c.d.) y están especificados según su especificación estándar.
Hola, creo que ya he hablado algo sobre el tema en alguna entrada anterior, pero antes que lo detecte y lo elimine hablaré un poco en base a la figura.
En célula de combustible es el arreglo de dos «electrodos» separados por un material especial que tiene la característica de transportar protones (cargas positivas). Hacia el lado izquierdo ingresa hidrógeno, que el electrodo con el que hacen el contacto tiene la característica de separar el protón de su electrón, entonces el protón pasa a través de la membrana entre los dos electrodos y los electrones van por un circuito eléctrico (corriente eléctrica) la cual puede alimentarse una carga eléctrica, los electrones luego llegan al otro electrodo en donde se reunen nuevamente con los protones creando agua.
El proceso genera calor también en su funcionamiento y se han construido de todos los tamaños. Más su costo es algo caro aún, lo que lo hace no tan comercial, pero cada vez se están desarrollando mejores y más baratos sistemas. La imagen es un modelo básico de como funciona el sistema, ahora se tiene muchas otras sustancias que hacen lo mismo y con mayor eficiencia, menos pérdidas de calor y mayor generación de potencia.
Hola mis estimados visitantes, ya saben que Google es el buscador más utilizado (obviamente)… entre sus muchas utilidades mencionaré algunos que las he podido sacar provecho.
Hay un Google Maps… interesante, puedo ver el tamaño de una ciudad, el tipo de construcciones lo que me indica el grado de comodidad con que viven, además las zonas verdes, industriales, etc. Para lo que es fuera de la ciudad esta el google Maps opción relieve, que es la imagen de radar del terreno, no tan precisa, pero bueno al menos da una buena idea… para muestra un botón: una imagen de relieve de unas regiones de Perú.
También hay un mapa de vientos de Google a nivel mundial, que junto con los datos que tienen cada país pueden cotejar.
De manera similar tienen los mapas de energía solar de Google, aunque de esto hay mucha información disponible en diferentes instituciones, no queda más que decir que a pesar de todo, Google siempre a querido acercar a conocernso mejor en este pequeño rincón del Universo llamado Tierra.
Salu2
Algunas personas recordarán que en su niñez lograron jugar al juego de las cometas… y ese principio lo han usado para crear esto lo que han llamado: kite wind generator, que en términos de nuestro idioma sería: generación por cometas eólicas (salvo mejor traducción a algun visitante). Como funciona ?
Pues la cometa tiene un ángulo de inclinación que le permite crear mayor o menor fuerza sobre el cable o hilo, este cable se une a un mecanismo para poder crear un movimiento rotacional que se aprovechable por un generador eléctrico, y el sistema debe ser tal que permita la continuidad de giro rotacional con el ascenso y descenso de la cometa. Quiere decir, que colocan la cometa con un ángulo que crea mucha fuerza y el cable enrollado se suelta, una vez acabado la cantidad disponible de cable, se cambia el ángulo para que se inicie a enrollar de nuevo el cable… depende del mecanismo se puede obtener mejores o menores índices de eficiencia.
Esto es buen tema para ser desarrollado en Matlab/Simulink… la parte norte de Europa tiene varios reportes experimentales sobre este caso que iremos colocando en siguientes blogs.
Sobre todo esto sucede en países europeos… se fija la estructura en el fondo marino y luego se instalan la torre, la góndola y las aspas. Estas turbinas tienen una potencia de 300 kW cada una. La energía eléctrica generada es transportada a través de cables que descienden de la góndola donde está el generador, hacia el fondo marino y por medio de cables submarinos (ABB es el que tiene mejor implementada esta tecnología de cables submarinos de alta potencia y alto voltaje) se transporta hacia una subestación o hacia la orilla del mar donde se interconecta a las redes eléctricas (sistemas eléctricos de potencia).
Cada vez hay más avance en el desarrollo de turbinas como en otros campos de las energías renovables e implica el trabajo multidisplinario de físicos, químicos, biológos, ingenieros, matemáticos, etc. En la figura son 6 turbinas lo que da 1.8 MW de capacidad instalada y se colocan offshore porque uno que los países europeos tienen poca área continental disponible y porque los vientos son buenos (colocan en lugares donde hay vientos a partir de 5 m/s), punto adicional, es la gran necesidad que tienen de no depender de combustibles fósibles (que causan dependencia energética) y por los acuerdos que como naciones desarrolladas han tomado, se han comprometido en abastecer sus redes energéticas con un porcentaje de sus necesidades con fuentes renovables. Ojalá que algún día ello se realize por estos lares…
Tiene unas propiedades físicas extraordinarias, impresionantes y totalmente visionarias en potencial de aplicaciones… y lo bueno es que, los Premio Nóbel 2010 de Física no lo patentaron, porque sino la cosa sería pagada. Grande han hecho en no patentarlo, así, medio mundo se ha metido de lleno en estudiar sus propiedades y aplicaciones, desde fuentes de almacenamiento de energía eléctrica de extremadamente gran capacidad, hasta superconductores, memorias electrónicas, unos en dispostivos médicos, etc… son muchas las aplicaciones potenciales. Mejor dénle click a la figura para que lo puedan leer el texto inmerso en la figura.
No es un cable superconductor cualquiera, es la primera aplicación de superconductores de alta temperatura instalados en un sistema eléctrico de potencia comercial,´puesto en funcionamiento hacia abril del 2008. Se puede apreciar que son tres cables superconductores, los cuales pueden transportar unos impresionantes 574 MW ¡uff!… este podría decirse que es el inicio a que poco a poco las técnicas de producción se mejoren y resulten más baratos, aparte de ello, sirven para evaluar el desempeño de estos superconductores en funcionamiento real, lo cual lleva a su mejor comprensión. Un superconductor es debido a la formación de los pares de Copper, los cuales se mueven sin resistencia a lo largo del material superconductor. Cosa posible de simular en Matlab/Simulink y que sería un buen tema xD.
Muestra en esta figura dos modelos de biodigestores: indio y chino. Los biodigestor sirven para tratar la materia orgánica, los cuales son tratados en recipientes como los mostrados en la figura. La materia orgánica se va colocando en dichos recipientes, dentro del cual permanecen un período de tiempo (varias semanas) en donde bacterias hacen su trabajo de consumir la materia. Por el lado contrario a la entrada, sale abono y en la parte superior hay una salida para biogas (término algo de filantropia ecológista para mencionar al metano).
Y porqué China e India llevaron la delantera en este tema?… ajá, su población es mucha y por lo tanto, hay mucha materia orgánica (basura, desechos orgánicos, etc) de los cuales han sabido sacar provecho. Ya últimamente a nivel mundial se busca mejorar los procesos. Simular biodigestores también se hace en Matlab/Simulink, pero acá se necesita conocer bien la parte química y biológica que determinan o explican lo que ocurre al interior de un biodigestor. Amén.
Quién no ha tenido alguna vez que lidear con lo que hace un capacitor?… desde el flash de la cámara digital, hasta el disparo de un equipo de Rayos X, pasando por el encendido de un automóvil o moto, en los circuitos eléctricos y electrónicos, en los dispositivos de arranque de motores, etc. La ecuación que gobierna un capacitor es sencilla y poco ha poco han ido construyendo elementos que almacenan cada vez más y más energía.
La capacitancia es una muestra de cuánta energía puede almacenar un capacitor en forma de campo eléctrico. Y los supercapacitores, como los siguientes ultracondensadores (y de ahi que vendrá… xD) se muestran con una buena perspectiva de aplicaciones tanto a uso industrial, doméstico y personal.
Esta nueva generación de condensadores pueden almacenar mucho más energía por unidad de peso y también de potencia por unidad de peso
La figura es un transformador ABB de 800 kV con capacidad de 6000 MW (¡uff!). La tecnología HVDC tiene muchas ventajas referente a un equivalente en corriente alterna. Se está y se ha venido utilizando para transmitir grandes cantidades de energía principalmente en Europa, aunque China, India y Brasil tienen también líneas importantes. La línea más larga HVDC está en Brasil, quien está construyendo (o por construir) una más extensa que interconecte sus nuevas centrales hidroeléctricas cercanas a la frontera con Perú con Sao Paulo. Pero bueno regresemos al caso del transformador. Como sabrán, trabajan con corriente alterna los transformador y se tiene cuidado en mantener las tensión en un rango determinado que no rompa la rigidez dieléctrica de los materiales usados ni del aire, es por ello la forma particular del transformador, aparte de lo asociado a los cuidados en el diseño de la estructura mecánica y de refrigeración… lógico, todo esta pensando para régimen estable y de transitorios (aunque las líneas HVDC soportan mejor los transitorios y pueden sacar del apuro con mejor respuesta en tales situaciones).
La energía saliente, es decir, aquella en muy alta tensión pasa a un banco de inversores, leí en algún lugar, que son los bancos de tiristores los que trabajan mejor y son rentables (aunque para esos niveles de potencia). Estas cosas son casi únicas, pero de todas maneras hay que saber algo algo de su funcionamiento. Obvio se puede simular en Matlab/Simulink.
La estabilidad de un sistema eléctrico de potencia consiste en la capacidad de dicho sistema para, a partir de una condición inicial de operación dada, recuperar un estado de equilibrio operacional después de haber estado sujeto a una perturbación física, con el mayor número de variables dentro de sus límites, de tal manera que prácticamente el sistema completo permanece intacto. Esta definición general conduce a la clasificación de los estudios de estabilidad que se muestra en la figura arriba colocada.
La estabilidad del sistema se clasifica según tres variables de interés que la determinan, y a la vez están subvididas en sub-categorías, según la magnitud de la perturbación y sus constantes de tiempo.
Estabilidad del ángulo.- Es la capacidad de las máquinas síncronas de un sistema interconectado para mantener el sincronismo después de haber estado sometidas a una perturbación.
Estabilidad de tensión.- Es la capacidad del sistema para mantener las tensiones constantes en todas las barras del sistema después de haber sido sometido a una perturbación partiendo de una condición inicial de operación dada.
Estabilidad de la frecuencia.- Es la capacidad de un sistema de potencia para mantener la frecuencia constante tras una severa perturbación, que resulta en un equilibrio significativo entre la generación y la carga.
En la gráfica se puede mostrar más detalles a partir de estas definiciones, las que pueden averiguar mas en información bibliográfica o pedirnos un asesoramiento si es que van a modelar o simular algo.
Algo adicional: Las variables de interés para el estudio de estabilidad del sistema eléctrico son: las excursiones angulares de los rotores de los generadoers síncronos conectados al sistema (estabilidad angular), la etnsión en las barras y la frecuencia. A continuación, se muestra otro diagrama que clasifica los distintos aspectos de la Estabilidad de los sistemas eléctricos (hay cierta semejanza con la figura anterior)
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Good day. My full name is Jorge Luis MIREZ TARRILLO.
I am Peruvian and live in Lima, capital of Perú in South America.I am Mechanical Electrical Engineering, MSc Physics and Dr. Physics (title doctoral thesis: Control, Optimization, and Management of Microgrid Current Direct)
Too, actually job as Principal Professor in Faculty of Oil, Gas and Petrochemical Engineering of Universidad Nacional de Ingeniería (National University of Engineering) in Lima – PERU (Courses: Modern Physics, Differential Equations and Research's Methodology)
My subjects of my interest are control, signal processing, optimization, simulation, biomedical research, smart grid, microgrid, water.
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