Archivo para junio, 2015


condenser_bank_simulation

Los bancos de condensadores son muy usados para corregir el factor de potencia inyectando energía reactiva al circuito al que está conectado (y por ende a la red) La gráfica muestra en colores los condensadores que tiene un banco de condensadores, son cinco. Ademas se observa el acumulado de la conexión de los condensadores y la potencia reactiva solicitada. Se debe mantener siempre el factor de potencia por debajo de 1, dado que puede ser causa de resonancia y presencia por lo tanto de transitorios perjudiciales al sistema eléctrico. El gestor de control elaborado en Matlab lo que permite es en función de la potencia reactiva solicita, determinar que conexiones son las necesarias de entre los condensadores disponibles a fin de lograr el mejor factor de potencia. El eje horizontal esta numerado en tiempo discreto, el cual se puede ajustar a cualquier tiempo de muestreo. También se puede añadir a un código de estos, cuestiones de predicción, gestión de número de ciclos de uso por condensador (para no envejecer a algunos con exceso de ciclaje), entre otras perspectivas. Estos 10 ciclos pueden ser 10 segundos, 10 minutos, 10 ciclos de 5 minutos, en fin… Os dejo con esto, espero les sirva, y les motive hacia los procesos de modelamiento y simulación.


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modelo termico de panel solar para temperaturas parte posterior

Cuando la radiación solar incide sobre un panel parte se transforma en energía eléctrica, otra parte se refleja, otra atraviesa el panel (excepto aquellos que tienen un tapa de polímero en la parte posterior) y parte se queda cambiando la cantidad de energía interna con el consiguiente incremento de la temperatura de las celdas fotovoltaicas. La figura, resultado de un estudio térmico sobre paneles nos arroja la temperatura en la parte posterior de un panel con tapa (que ya no deja pasar la luz hacia atrás porque tiene una superficie que lo cubre, bien para reflejar o bien para soporte) y la temperatura en estado estable fijada en el interior del panel, y esta curva cambia debido a que en el eje horizontal se ha considerado la velocidad del viento que indice sobre el panel enfriándolo (llevándose consigo parte de la energía térmica capturada por el panel fotovoltaico de la irradiación solar). Hecho en Matlab de MathWorks para quienes gustan de los procesos de modelamiento y simulación en todos los campos… Inviten si hay trabajo o proyectos que sean de hecho pagados…


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the average Co2 levels targeted by the three main car manufacturers associations

Este post se presenta una figura en que se da según tres asociaciones de fabricantes de automóviles (Europa, Japón, Korea) datos acerca de la cantidad de gramos de CO2 que se emite en promedio por kilómetro de recorrido por sus automóviles fabricados.  Se observa una tendencia a emitir menos carbono por kilómetro cuadrado, ello implica, constante mejora en diseños, investigación y desarrollo – un compromiso asumido – en materiales, mejora de eficiencia y optimización del producto final. Si bien los datos de hace algunos años, eso no quita el desmérito del desarrollo tecnológico que se viene haciendo, y que países, en que no fabricamos automóviles nada podemos decir, ni hacemos diseño de pieza alguna… se habla con propiedad y debemos exigir que se implanten estándares de emisión de carbono así como lo exige Europa, Japón, Korea y los USA a los vehículos y tengamos un mejor calidad en el medio ambiente, no sólo en reducción de emisiones, sino de ruido también.


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Expected development of fuel cell system costs and entry points for different applications

Las celdas de combustible se vienen desarrollando. En la figura se observa la tendencia hecha hace algunos años sobre su introducción al mercado. Esto quiere decir a precios que sean comprables por consumidores, industrias, gobiernos. Hay un gran interés al respecto de las celdas de combustible, dado que se prevé que sean las que reemplacen a los combustibles fósiles en el sector transporte que representa cerca del 20 % del consumo energético mundial. Es un gran mercado, cualquier desarrollo es bienvenido a este ya asfixiado planeta Tierra. Aunque en la figura se observa alguna demora, eso significa que son actualmente temas de investigación, desarrollo e innovación, así que son buenos temas,…


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the three main processes for Co2 capture

Se tiene los esfuerzos que se van haciendo para lograr tecnologías a fin de capturar y almacenar el Carbono que se libera durante procesos hacia la atmósfera. Uno de ellos es durante la post-combustión, una vez que el combustible ha sido quemado, se usa diferentes técnicas a fin de secuestrar el carbono. Antes de la combustión – precombustión – lo q se hace es mediante técnicas como la gasificación liberar el combustible hacia su forma gaseosa y atrapar al carbono. En los procesos industriales sucede algo parecido. Este es un reciente campo de estudio, debido a las millones de toneladas que se vierten cada año hacia la atmósfera y que se calcula que desde la Revolución Industrial se ha duplicado la cantidad de carbono en la atmósfera, la tendencia es que se va a colocar una ingente cantidad de carbono en la atmósfera los próximos años y he ahí los esfuerzos por lograr tecnologías que hagan posible su captura y almacenamiento, y quizás, un uso adecuado a las miles de millones de toneladas de carbono por capturar.


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triple-junction PV cell has three semiconductor layers

Son de alta eficiencia mas de 35 % y bueno como se observa en la figura, esta compuesto de varias capas de diferentes materiales seminconductores, cada uno especializado en un capturar parte de la irradiación solar en un determinar rango de longitudes de onda. Todo un arte de ingeniería el lograr que estos materiales hayan sido creados y estén cada vez más al alcance del mercado. Este diagrama esquemático se refuerza con el hecho de que deben tener mallas conductoras, soporte del panel compuesto por muchas de estas celdas, estabilidad térmica y demás cosas en el diseño de estos paneles PV.


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Supply technologies in the future energy system

Fecho este post codificado con J800 con un cuadro que menciona las tecnologias que harán posible el próximo o casi ya actual mercado energético mundial. Casi ya, debido a que muchas de ellas se vienen ya implementando y otras en continuos y avanzados estados de investigación, innovación y desarrollo. Están tipificados según sus características funcionales y que hacen posible la comparación entre ellas. Algunas técnicas de medición, predicción, gestión, optimización y control pueden ser familiares entre ellas debidos a su propia naturaleza de funcionamiento. Hay mucho campo por estudiar en el sector energía, cada temática es una apasionante ventana hacia un conocimiento que se ve y será cada vez más novedoso en cuanto a tecnologías… No seamos simples lectores, intentemos ser parte de este cambio aunque sea aportando un granito de arena, al menos como lo hago mediante este blog, mis otros blogs y  modelamiento y simulaciones numéricas con Matlab/Simulink


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World primary energy demand projection to 2030 according to the IEA reference scenario

Diferentes organizaciones internacionalmente reconocidas han presentado varios pronósticos para el futuro consumo. El pronóstico de la IEA es llamada escenario de referencia que el consumo de la energía primaria crecerá en más que 60 % en el período 2002 – 2030 (ver figura). Los combustibles fósiles se espera que participen en un 85 % de este incremento.


 

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Global primary energy use 1850-1995

La economía mundial va hacia un nuevo período de más estable crecimiento en las décadas por venir. Siendo esta etapa una fase caracterizada por la innovación en productos en las industrias existentes y la creación de nuevas industrias para una fase caracterizada por procesos de innovación en industrias existentes y en básicos sectores como el sector energía. Esto indica que las nuevas tecnologías de energía introducidas en el sector energía en los últimos 20 años (turbinas de viento, micro turbinas de gas, celdas de combustible, tecnologías de información y comunicaciones, etc.) pueden masivamente ser integradas en el sector energía en las décadas por venir


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CO2 Emissions millon ton 2004 data

Los datos que se presenta en este post son las emisiones de CO2 que se emitieron durante el año 2004 según países. De hecho que los con más industria emiten mucho más, sin embargo, son los que también mayores inversiones están que hacen en pasar de matriz energética a las renovables, más que todo por la seguridad energética y por no depender de terceros. Es abismal la producción de CO2 de los dos primeros frente al resto de países. Incluso muchos de América Latina o Latinoamerica no figuran. Al igual que los de Africa. No porque seamos “ecologistas” sino que no tenemos industria, seguimos siendo unos pobres países exportadores de materias primas y nada más… jugamos a crear tecnologías y a tener centros de estudios con nombre de universidades, los rankings mundiales lo dicen todo y que es necesario para cambiar… pues lo principal, el cambio de la persona misma


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diagrama y simulación de sistema turbina pelton reservorios y electrobombas

Entre las técnicas de almacenamiento de energía está la de almacenar agua en partes altas para luego en horas de máxima demanda puedan ser usadas para generar electricidad reduciendo la facturación. Otro también puede ser el optimzar el uso de los generadores, las que en horas de baja producción tienen que reducir a capacidad baja que no lo hace rentable, entonces una forma es encender electrobombas para transportar parte de esa energía en forma de energía potencial usando embalses de agua. La figura muestra un diagrama esquemático de un sistema tal. La boya en el reservorio B indica que una vez lleno el reservorio B, la boya de cierra y pasa el agua a llenar el reservorio A. Lo inverso sucede cuando se enciende la turbina, lo primero que se usa es el agua del reservorio A y luego lo del B. La cantidad de agua bombeada desde reservorio C es igual a la suma en el cambio del volumen del reservorio B y A. Hecho en Matlab/Simulink de MathWork Inc. La imagen de la derecha muestra los volúmenes de los reservorios a lo largo de un día. Se inicia con el reservorio C lleno. Los datos son demostrativos (no son reales, evitamos esto por ser parte de un trabajo de investigación, sólo deseo mostrar la idea y viabilidad)


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Maximum efficiency of photovoltaics as a function of their band gap

En la figura se muestra un estimado del impacto de las bandas prohibidas sobre la eficiencia máxima teórica de los materiales fotovoltaicos tanto para AM0 y AM1. La figura incluye bandas prohibidas y efieiencias máximas para cualquiera de los más prometedores materiales fotovoltaicos que se vienen desarrollando hoy. El motivo de la depleción hacia los lados es causado por (a) fotones con insuficiente energía para colocar electrones dentro de la banda de conducción y (b) fotones con energía en exceso de lo necesario, entre otros factores como: recombinación de huecos y electrones antes que ellos puedan contribuir al flujo de corriente, resistencia interna de la celda la cual disipa potencia, fotones que no son absorbidos.


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Band-Gap Impact on Photovoltaic Efficiency

Conocemos que la banda prohibida del silicio es 1.12 eV lo cual corresponde a la longitud de onda de 1.11 micrómetros, esto hace que cualquier energia en el espectro solar con longitudes de onda más largas que 1.11 micrómetros no pueda enviar un electrón a la banda de conducción. Y, cualquier fotón con longitud de onda menor a 1.11 micrómetros desechará su energía extra. Según la curva AM 1.5, 20.2 % de la energía en el espectro se pierde debido a que los fotones tienen menos energía que la banda prohibida (hv < Eg), y otro 30.2 % se pierde debido a que los fotones tienen hv > Eg. El remanente 49.6 % representa la máxima posible fracción de la energía del sol que puede ser colectada por una celda solar de silicio. Es decir, estas restricciones impuestas por la banda prohibida del silicio limitan la eficiencia del silicio a un poco menos del 50%… he ahí la labor de lograr esa eficiencia ideal.


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PV module manufacturing costs for DOE_US Industry Partners

Los costos de amortización de la generación fotovoltaica cayó dramáticamente en los 90’s. Los costos cada vez más asequibles de los paneles fotovoltaicos hacen que estos sean ya factibles de disponer en hogares, talleres, colegios, etc… pero hay que sostener un gestión para que sea parte de las normativa de cada país el que cada ahora cliente del servicio público de electricidad pueda ser un generador de energía eléctrica para su propio consumo y si logra producir más pueda entonces vender a la red eléctrica externa. Este período que se observa en la figura implica muchos cambios tecnológicos en la producción de los paneles solares, he hicieron muchas mejoras y es bueno que los grupos de investigación se enteren para que puedan estar al tanto de las numerosas técnicas que se desarrollaron en aquella época. En cuanto a la normativa, me apunto…


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Best laboratory PV cell efficiencies for various technologies

Ya por los años 80’s se tenía en laboratorio celdas fotovoltaicas con elevadas eficiencias, lo cual hacia ya posible cualquier aplicación terrestre tales como calculadoras de bolsillo, señales y llamadas de emergencia, bombeo de agua rural y pequeños sistemas de casas. Todo este desarrollo emerge de la crisis de energía de los 70’s. Se puede observar que según la tecnología hay progresos importantes como los multiunión y continuos como en general en las otras tecnologías. Las universidades son llamadas a estar al tanto de la tecnología y si es posible desarrollarla o modelarla y simularla para que a fin de cuentas se comprenda mejor lo que se hace en la práctica y se haga sinergía entre la teoría, fabricación y aplicaciones.


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Distribución de la energía solar que alcanza la Tierra

El Sol constantemente irradia 3.83×10^26 W. De esta gran cantidad de potencia, la Tierra recibe 1.74×10^17 W en la atmósfera alta. La atmosfera refleja alrededor del 6 % al espacio y absorbe el 16 %. Debido a las condiciones atmosféricas, tales como nubosidad, polvo y contaminantes, la energía radiada por el Sol que alcanza la Tierra, se reduce en un 20 % por reflexión, mientras se absorbe un 3 %. Aparte de reducir la cantidad de energía que alcanza la superficie de la Tierra, dichas condiciones climáticas difuminan alrededor del 20 % de la luz recibida.

Todo este proceso disminuye la potencia que alcanza la superficie casi a la mitad, dejando el monto en unos 8.9×10^16 W. Cuando la irradiacióon alcanza la superficie de la Tierra, aproximadamente la mitad de la energía está en el espectro visible, mientras la mayor parte de la mitad restante se encuentra en el espectro infrarrojo (solo una pequeña porción es radiación ultravioleta).

A la irradiación solar no reflejada o diseminada se le llama irradiación directa, mientras que a la irradiación reflejada o diseminada se le llama irradiación difundida. Para referirse a la irradiación total (irradiación difundida más directa) se usa el término radiación global.


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Secondary DG system with power quality support to priority loads

Este esquema que se muestra en la figura es una alternativa configuración para CHP o celdas de combustible (CHP – generación de calor y energía eléctrica). El sistema CHP opera en paralelo con la red eléctrica para proveer electricidad y energía térmica de bajo costo. El sistema (generador, controles, etc) necesidad ser especialmente diseñados para operación durante salidas de la red para proteger a las cargas prioritarias.

Como se puede ver en la figura, lo diferencia con el post anterior, es que la electrónica se sitúa sobre un conjunto de cargas priorizadas las que son alimentadas en caso de cualquier pertubación (salida del suministro), en cambio, las cargas no priorizadas se quedan sin electricidad.


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Secondary DG system with power quality support

Un típico sistema de generación distribuida (DG) secundario con soporte de calidad de potencia se muestra en la figura. Usa almacenamiento de energía para proteger de cortes de corta duración. También provee protección a las cargas de fluctuaciones de voltaje momentaneas y de corta duración por sistemas de control sofisticados. El almacenamiento de energía on-site es usado para que en caso de que falle la red estos puedan suministrar energía mientras el generador arranque. Sofisticados interruptores estáticos y controles previenen a las cargas detectando cualquier cambio que se pueda producir en la red eléctrica externa, fuente de generación distribuida secundaria y la que se encuentre en standbye.

Este esquema de configuración es normalmente usado para cargas sensibles a la calidad de la potencia usando UPS con baterías y generadores en standbye. La redundancia del sistema es necesario para aplicaciones altamente sensibles. También en algunos casos lo usan para cubrir parte de las cargas picos que se presentan durante el día.


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Simple standby generator scheme

Un generador en standbye resguarda las cargas de largos períodos sin servicio de electricidad como se muestra en la figura.El generador esta conectado a las cargas a través de un interruptor de transferencia automático (automatic transfer switch – ATS). El controlador lógico automáticamente sensa cualquier corte de la red y cambia con la carga conectada a través del ATS hacia el generador a quien ordena arrancar.

Un típico generador diesel demora 10 segundos para suministrar potencia a las cargas. Las cargas son priorizadas para mantener la continuidad del suministro hacia las cargas prioritarias sin que se sobrecargue el generador. Sin embargo, este esquema no es efectivo para los usuarios sensibles hacia calidad de potencia en cortos períodos. Existe ahora la tendencia hacia generadores de combustible alternativo amigables con el medio ambiente con sofisticada electrónica que puede ser ampliamente usado en este esquema.


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Intentional islanding operation

En la presente, se muestra una microred a la que intencionalmente se está colocando en modo de funcionamiento aislado. Puede ser que el generador distribuido (DG) hace la labor de planta bulck – planta base en el diagrama de curva, y los condensador (supercondensadores) hacen su labor de carga durante las horas en que hay exceso de energía producida y vierten la energía almacenada en los momentos de consumo pico que se necesitan. Es de mencionar, que los generadores tienen una capacidad nominal a partir del cual la producción de electricidad es rentable y puede ser mayor a la demanda, por lo tanto, se puede exigir más de lo que de la demanda lo solicita y almacenarse en una fuente de almacenamiento. Modelable y simulable en entorno de alto nivel como Matlab/Simulink que es a lo que me dedico y gustoso de servir y/o trabajar en sus investigación o hacer cooperación pro proyectos o publicaciones.


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