Archivo para julio, 2011


La introducción masiva de generación eólica a un sistema eléctrico interconectado puede provocar inestabilidades de tensión, relacionándose el nivel y seriedad de estas inestabilidades con la tecnología de generación implementada. A continuación, se expone con más detalle las inestabilidades producidas con la tecnología de generadores de inducción de velocidad fija.

La máquina de inducción de velocidad fija requiere de potencia reaciva que induzca en el rotor el campo magnético necesario para inyectar potencia activa a la red. Esto implica que estas máquinas no pueden aportar reactivos en operación normal, razón por la cual necesitan de equipos que le suministren estos reactivos, como máquinas síncronas, banco de condensadores o equipos FACT como Statcoms o SVCs (Compensadores Estáticos de Reactivos).

La máquina de inducción presenta un comportamiento dinámico que se explica a continuación.

El torque electromagnético “Te” desarrollado dentro de una máquina de inducción a cualquier velocidad “n”, es función del deslizamiento “s”, y proporcional al cuadrado de la tensión en los bornes “V”.

Te = f(s). V^2       con    s=(n_s – n_mec)/n_s         y       n = vel. en RPM

El comportamiento dinámico del rotro de la máquina de inducción se rige según la siguiente ecuación:

J . dw/dt = Tm – Te

donde “J” es el momento de inercia del rotor, “w” es la velocidad angular del rotor y “Tm” es el toque mecánico aplicado al rotor.

Durante un cortocircuito cerca de los terminales de un generador de inducción, la corriente de cortocircuito aumenta debido a la contribución de la máquina de inducción y la tensión disminuye en bornes del generador. La disminución de la tensión provoca una disminución de la potencia activa y del torque electromagnético, de tal manera que se crea un desequilibrio con el torque mecánico de la máquina, así produciéndose una aceleración de ésta última.

Una vez despejada la falla, la tensión en bornes del generador aumentará, pero por efecto de la falla, el rotor de la máquina de inducción se ha desmagnetizado. Al estar desmagnetizado el rotor, ya no existe el campo electromagnético entre éste y el estator que posibilite la transferencia de energía a la red. Luego, antes de que el generador pueda volver a generar potencia activa, se requiere que el rotor se magnetice nuevamente, lo cual implica la necesidad de una corriente reactiva alta que re-magnetice el campo electromagnético fenómeno denominado: Excitación Magnética (magnetic inrush). Este incremento de la corriente lleva consigo una disminución de la tensión en bornes del generador.

Una vez que el campo electromagnético a sido restituido, la máquina sigue girando a una velocidad superior de la nominal, lo que significa que la máquina necesitará de mayor potencia reactiva para disminuir su velocidad, lo cual se denomina como excitación mecánica (mechanical inrush), fenómeno que permite desacelerar la máquina pero disminuyendo la tensión en bornes producto de la absorción de reactivos.

Por lo anterior, la tensión en bornes de generación no se recupera completamente, lo que implica que el torque eléctrico tampoco lo hará, traduciéndose en que la máquina continuará acelerándose a menos que el torque electromagnético supere al mecánico.

Anuncios

La estabilidad de tensión es la capacidad del sistema de mantener la tensión dentro de un rango preestablecido en todas las barras del sistema, luego de sucedida una falla. La inestabilidad de tensión sucede cuando existe una constante reducción o aumento descontrolado de la tensión en las barras de un área. El principal factor causante de la inestabilidad de la tensión es el desequilibrio de reactivos en el sistema.

  1. Estabilidad de tensión de pequeña perturbación.
    La estabilidad de tensión de gran perturbación corresponde a contingencias fuertes como cortocircuitos cercanos a la barra, o la desconexión de máquinas o equipos controladores de tensión.
  2. Estabilidad de tensión de gran perturbación.
    La estabilidad de tensión de gran perturbación corresponde a contingencias fuertes como cortocircuitos cercanos a la  barra, o la desconexión de máquinas o equipos controladores de tensión.

La estabilidad de tensión también se diferencia de acuerdo al período de estudio, pueden existir inestabilidades en el corto y largo plazo. La inestabilidad de corto plazo involucra el comportamiento dinámico de equipos rápidos, como máquinas de inducción y cargas controladas electrónicamente. En cambio la inestabilidad de largo plazo se debe al límite de topes en los transformadores con cambiadores de Tap derivación bajo carga, limitadores de corriente de excitación de los generadores, o la ausencia de reserva dinámica de reactivos en el sistema.


La estabilidad de frecuencia corresponde a la capacidad del sistema de mantener el balance entre la generación y la demanda, de esta manera mantenimiento la frecuencia dentro de un rango cercado a la frecuencia nominal (60 Hz en caso de Perú).

La inestabilidad se puede producir debido a oscilaciones no amortiguadas de la frecuencia lo cual puede terminar en las desxonexiones de centrales o cargas del sistema. En sistemas pequeños denominados “islas” la estabilidad de la frecuencia es muy importante, mientras que en sistemas más grandes la estabilidad de la frecuencia toma importancia en caso de contingencias muy severas que llevan al sistema a operar en varios subsistemas o “islas”.

La estabilidad de frecuencia en el corto plazo esta asociada a salidas intempestivas de centrales generadoras o cambios bruscos en la demanda, como la entrada de operación de hornos de arcos eléctricos, lo cual puede causar desequilibrios inestables para el sistema provocando la desconexión de más elementos. En cambio la estabilidad de frecuencia en el largo plazo se debe a descoordinaciones de control y protecciones, o falta de reservas de potencia activa en el sistema para realizar la regulación secundaria de frecuencia y así restablecer el equilibrio.


La estabilidad angular corresponde a la capacidad de las máquinas síncronas interconectadas al sistema de mantener el sincronismo entre todas ellas, luego de una perturbación. Esto corresponde a mantener el balance entre el torque electromagnético y el torque mecánico de la máquina síncrona. La inestabilidad angular se debe entonces a un desequilibrio entre las fuerzas electromagnéticas y las mecánicas aplicadas a la máquina.

La estabilidad angular se subdivide en dos fenómenos: estabilidad de pequeña señal y estabilidad transitoria.

  1. Estabilidad de Pequeña Señal.
    Corresponde a la estabilidad del sistema de mantener el sincronismo frente a pequeñas perturbaciones. La inestabilidad de pequeña señal se puede deber a un incremento periódico del ángulo de rotor de la máquina lo cual se debe a la ausencia de torques sincrónicos que desaceleren la máquina, o a oscilaciones no amortiguadas de los rotores debido a la ausencia de amortiguación por parte del sistema.
  2. Estabilidad transitoria.
    Es la capacidad del sistema de mantener el equilibrio luego de una perturbación grande, fallas en el sistema de transmisión o cortocircuitos. Este depende de punto de operación inicial y la severidad de la falla.

Un parque eólico consta de muchas turbinas todas ellas interconextadas a la red eléctrica, a la que aportan de manera individual. Pero dado el emplazamiento de un parque por sus buenos vientos tanto en intensidad como en frecuencia, se distribuye las turbinas en función a ciertas características como la rugosidad del terreno, la velocidad de viento predominante, la altura de la torre, el diámetro del área de la turbina, entre otros factores. La figura muestra un espaciamiento óptimo entre turbinas, pero son las particularidades de viento y geográficas del emplazamiento los que definen a que distancia colocar.

Recuerden que la dado que el viento entrega parte de su energía a la turbina, éste disminuye su presión y se expande luego de pasar por la turbina… luego el viento que no interactuó con la turbina, va comprimiendo esta estela de baja presión de viento hasta nivelarlo con la presión ambiente, es en esta condición que nuevamente puede ingresar a una siguiente turbina eólica.


A lo largo de las décadas se ha notado un progresivo incremento de capacidad instalada de sistemas eólicos y también de la potencia unitaria. Los nuevos materiales y nuevas técnicas de fabricación, instalación, mantenimiento, etc han elevado considerablemente la mantenabilidad, fiabilidad, etc. de tales sistemas. También el tema económico se ha visto agraciado, dado que como se puede ver los costos per cápita para todos los considerandos expuestos (como son: costeo de torre, turbina, conexión a la red, preparación del lugar, controles y terreno) se han ido reduciendo con el incremento de la potencia nominal de las turbinas eólicas. La tendencia sigue… La gráfica muestra tales costos. Espero os sirva y favor difundir el blog entre tus contactos.


Numerosos diseños de turbinas eólicas se han propuesto y desarrollado en el mundo entero. Todos llevan consigo la finalidad de obtener la mayor cantidad del viento al costo necesario que los haga competitivos en el mercado de las energías renovables, matriz energética global en el futuro cercano.

A lo largo de los años, cada vez se van acercando de más al límite de Betz. Betz calculo que la mayor eficiencia teórica de extracción de energía del viento tenia un cierto límite menor al 60%. La Crisis petroleras, la escasez pronta y dependencia de los países desarrollados de países productores de petroleo ha impulsado el cada vez mayor avance tecnológico de la energías renovables.

Estaré al tanto de los cada vez turbinas eólicas con mayor eficiencia, de cuáles son sus estrategias y modificaciones en el diseño para obtener una mayor eficiencia o ser más competitivas en los mercados locales y mundiales.




La Rosa de Vientos es un modo de representación del recurso eólico. Con un simple vistazo a este modo de gráfico conoceremos la frecuencia, valores medios de velocidad de viento y la energía en cada dirección. La Rosa de Vientos, se trata de un diagrama polar que representa el tanto por ciento de viento con la dirección indicada y, en módulo, su escala de velocidad media.

Las observaciones generalmente efectuadas permiten deducir que la dirección del viento varía continuamente en torno a una dirección media.

Otro aspecto importante es la posibilidad de obtener las Rosas de Potencia y la de Energía a partir de la Rosa de Vientos. De hecho la Rosa de Energía va a ser el dato determinante para la situación de los Aerogeneradores en un emplazamiento dado. Evitando las sombras de viento entre estos cuando el viento viene con su mayor energía.


Del área de barrido de un aerogenerador, depende principalmente la potencia que se puede generar por un aerogenerador. Dado que el aerogenerador captura parte de la energía cinética contenida en el viento para transformarlo en energía mecánica de rotación por intermedio del rotor. La potencia mecánica es luego transmitida por diferentes ejes hacia el generador eléctrico que lo transforma en energía eléctrica. La figura muestra una representación del diámetro del rotor (y por ende el área de barrido del rotor) y las potencia eléctrica nominal de aerogeneradores de diferentes fabricantes. Sirve para darnos una idea de las potencias y dimensiones. El tope es 2.5MW pero que obviamente ya han sido superados, es decir, ahora hay turbinas con mucha mayor capacidad nominal, pero eso lo estaremos colocando una nueva entrada.


El primer paso consiste en medir la velocidad media por hora de viento durante un periodo de tiempo “T” (que pueden ser días, semanas, meses, etc.). Luego el segundo paso es crear el histograma de las velocidades. El histograma del viento “h”, se construye mediante la agrupación de los datos en categorías de viento, seún la intensidad de la velocidad del viento, por ejemplo de 4, 5 ó 6 m/s. Con estos resultados se logra determinar el porcentaje “hi” del tiempo total de medición “T”, en que el viento presentó tal régimen de velocidad.

Tras obtener el histograma, se puede proceder a determinar la energía generada mediante la curva de potencia de la turbina.


Hola nuevamente, se suele hacer estudios de sistemas híbridos y sus variedades, pero por lo general, se tiene algo de duda en el dimensionamiento de los componentes (eso me paso también), entonces en la presente entrada se coloca los arreglos considerados para un Sistema Fotovoltaico Doméstico (SFD) considerado para un proyecto realizado en Perú.

Pero los SFD como su nombre lo dice se dedican a lo que es un domicilio, casa, etc… Más también hay los arreglos considerados como Sistemas Fotovoltaicos Comerciales (SFC) de mayor potencia que los los SFD y que tienen dos versiones, los de corriente continua y los de corriente alterna, a continuación muestro los jpg que las describen.

Todos los esquemas mostrados han sido considerados en Perú para alimentar a domicilios y pequeñas comunidades alejadas en donde la electrificación por medio de fuentes alternativas renovables es la única opción que se ha tenido. Han habido otros criterios considerados, pero eso lo hiré detallando en otras entradas.


El viento originado por la diferencia de temperaturas en la atmósfera que hay entre distintas zonas geográficas posee una energía cinética que es aprovechado en la generación eólica. La figura mostrada con la ecuación dada, muestra la relación que existe entre la velocidad antes de que el viento atraviese la turbina eólica, al pasar por la turbina eólica, parte de la energía transportada por el viento es capturada por la turbina eólica, las caracteristicas del viento cambian originando una expansión y una reducción de su velocidad, lo que implica una cambio en la densidad del aire y por lo tanto, una reducción de la presión en dicha zona.

Pero aparte de la energía extraíble hay que hacer el cálculo respectivo de la potencia contenida en el viento y que en condiciones ideales posible obtener por una turbina ideal la fórmula muy conocida  lo muestro en la siguiente figura:

Podrán observar que se considera la densidad del aire sin el cambio que ocurre al atravesar la turbina y el área es la superficie que  arrastra el rotor de la turbina eólica. En entradas anteriores, se ha realizado el cálculo con Matlab/Simulink de la potencia contenida en una masa de aire en movimiento, potencial ideal de turbina eólica, etc… pueden utilizar la opción BUSCAR.


Hola mis estimados visitantes, estamos iniciando el mes de Julio 2011 y bueno un descanso me di estas semanas. Sin embargo, aca les tengo algo mas de información sobre renovables, y es una comparación del consumo de energía que se tiene al año, mas lo que se puede producir a partir de otras fuentes convencionales y renovables por año.

Considera y mira bien la figura que lo que son fuentes convencionales, hay un dato adicional que son las reservas que existen de petroleo, carbon y gas, se puede ver el tiempo que resta para que se agoten. Sin embargo en el caso de las renovables se puede apreciar que existe una ENORME cantidad de energía disponible para utilizar. La mala espina de todo esto, es que se nos haya bendido la idea de que esas cosas no la podemos implementar y es bueno que cada país, grande o pequeño, hagan iniciativas de implementación de renovables pero ya no a modo de prueba demostrativa que indica si ello es posible… ya está mas que demostrado que no nos queda otra que implementar renovables y los grandes países lo estan haciendo… entonces no nos queda otra que implementar en la medida que se pueda la generación con fuentes renovables.

Espero que os sirva para sus mejor comprensión del tema y por favor les pido hagan la difusión respectiva del blog… escríbanse para que puedan recibir cada entrada en su email y también los que desean via Facebook, Yahoo Messenger, Hotmail Live, Linkedin y Twitter puede también seguirme. No olviden que ofrezco asesoria y orientación vía online internet… gracias