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La regla del amperio-hora para carga de las baterías de ácido-plomo es considerado como el más eficiente criterio de carga y que considera el tiempo de carga, con ello se logra una excelente performance de éste método para mantener la vida útil de la batería. Un ejemplo de esta aplicación es la que describimos en este post. Cuando la batería esta cargando, la corriente de carga Ic, el voltaje de carga Uc, la diferencia de potencial Eb entre la placa positiva y la placa negativa de la batería y el resistir interno Rb de la batería cumplen la ecuación descrita. Sólo cuando Uc > Eb la batería puede ser cargada. Durante la primera etapa, Eb es muy bajo, el voltaje Ub inicia con un pequeño valor, mientras la corriente permanece constante a un valor referencial, llamado: valor máximo de corriente. El set point de la corriente de carga está cerradamente relacionado con la capacidad de la batería. Cuando la diferencia de potencial de la batería gradualmente se incrementa, el voltaje de carga crece y con ello la batería puede ser cargada acorde a la ecuación mostrada. El segundo paso inicia cuando el voltaje de la batería alcanza cierto nivel, el cual es definido por las características de la carga, dependiendo de su capacidad y el número de celdas de la batería. Generalmente, esto es un 90% del total de la capacidad de carga de la batería. Durante esta fase, las variables de control actuán sobre la corriente y el voltaje. El voltaje se mantiene in cambiable en un mismo valor, mientras la corriente gradualmente decrece hasta el value set de la etapa inicial. El sistema de carga es por lo tanto muy complejo.
Las baterías son sistemas de almacenamiento de energía en forma química que capturan el exceso de energía producida por las fuentes de energía renovables en el caso de una microred. Las ordenes de carga y descarga van condicionadas entre otras cosas por el voltaje adecuado de carga y por el nivel de voltaje suficiente que dar la orden de descarga. En ambos casos, un monitoreo continuo del estado del sistema se debe realizar, a fin de determinar el momento necesario para ello. También en los procesos de simulación se puede apreciar la intensidad de dichas corriente de carga y descarga y las potencias que involucra, esto sirve para determinar la capacidad de los conductores, el tamaño de las baterias y también las características particulares de la batería que lo hagan resistente a los procesos de carga y descarga. En la figura se observa lado izquierdo superior la orden para realizar la carga de la batería, y en la parte izquierda inferior, la orden binaria para proceder al proceso de descarga de la batería. Las curvas en la ventaja de la derecha lo pueden consultar en post anteriores, pero describe las diferentes variables involucradas en el funcionamiento de la batería. Esto ha sido simulado en Matlab/Simulink de MathWorks Inc.
Este modelo ha ido mejorando en colaboración con colegas extranjeros, suena bien y vamos por buen camino… que sigamos progresando !! … están los componentes de la microgrid, esta es de corriente continua y alterna. Un escenario ha sido modelado a fin de ser considerado como estudio importante de un caso típico. La simulación se realiza en Matlab/Simulink de MathWorks Inc. El modelamiento se ha hecho en base a la literatura científica y libros de relevancia consultados….
En las residencias o casas de campo se suelen utilizar sistemas aislados de capacidad suficiente para el domicilio. En muchos casos, el sistema consiste de paneles solares, un regulador, un sistema de almacenamiento de energía eléctrica mediante baterías (cualquiera que sea su tipo) y cargas eléctricas, en esta simulación se ha considerado una carga eléctrica constante que emula la iluminación que se enciende hacia el atardecer y se apaga con el alba. Durante el día se a asumido una radiación solar constante, sin embargo, esto se puede cargar data de campo para hacer el estudio más real. Este modelo es bastante simplificado y de base para estudios e investigaciones más avanzadas. Hecho en Matlab/Simulink de MathWorks Inc.
Un proceso de simulación tiene que ver mucho con el adecuado criterio de los valores reales que como datos deben alimentar (ingresar) al programa a fin de que éste lo pueda procesar y obtener resultados fiables. En el caso de una red eléctrica normal o que sea microgrid, la magnitud del voltaje es algo que aparte de ser sencillo de medir (en el caso de AC mucho más fácil que en DC) es un dato importante de la condición de funcionamiento de la red eléctrica. El voltage varía aleatoriamente entre un rango considerado como válido por la normativa eléctrica de +/- 5%, sin embargo, dichos valores hacia arriba o hacia abajo, pueden determinar la condición de carga o descarga de una batería. La descarga estaría asociada a un proceso de compensar la pérdida de voltaje o suministro por demanda no atendida. El analizar los datos de performance son de hecho necesarios, es por ello que observan en la figura, una imagen de simulación de batería con varias salidas a forma de archivo de datos *.mat; ya con esos datos se puede trabajar en entorno Matlab, con más detalle y obtener comportamiento de mucho más variables …
J637: Ejemplo de un sistema de gestión de energía inteligente y distribuido (DIEMS) en una microgrid
En esta entrada muestro un ejemplo de un DIEMS implementado en una microgrid de alta frecuencia. Para el pronóstico de las potencias entrantes y salientes lo han hecho mediante un red neuronal fuzzy. Con ello han podido optimizar los costos de operación. La optimización tiene que ver de todas formas con dinero. El tiempo de vida de la batería se ha extendido, eso es bueno, considerando que las baterías son elementos que en unos años hay que cambiarse y además son contaminantes. En la gráfica superior se nuestra el esquema de la microgrid de alta frecuencia (HFAC) y el DIEMS. En la parte inferior se dan a saber los resultados con o sin DIEMS: Es un tema muy interesante y se necesitaría muchos entradas para mostrar códigos y seudocódigos, pero los iré mostrando a pocos en el blog. Espero esto les sirva estimados cyberlectores.
El papel es el de proveer un camino energéticamente favorable para la reacción. Cuando a un mismo sobrepotencial, una determinada reacción electroquímica ocurre con velocidades diferentes dependiendo del sustrato electródico, a este fenómeno se le da el nombre de electrocatálisis.
La electrocatálisis puede definirse como el estudio o la determinación de la cinética de una reacción en función de parámetros macroscópicos como potencial aplicado al electrodo, concentración y temperatura.
La electrocatálisis puede definirse como el estudio o la determinación de la cinética de una reacción en función de parámetros macroscópicos como potencial aplicado al electrodo, concentración y temperatura. La electrocatálisis constituye una fuente de información de las reacciones heterogéneas multielectrónicas que implican especies reactivas y productos que transfieren sus electrones en la interfaz electrodo (catalizador)/solución electrolítica (E/E). Otro sistema heterogéneo de importancia tecnológica es aquel que se forma una interfaz sólido/gas.
La electrocatálisis trata sobre reacciones entre las especies que se adsorben sobre la superficie del catalizador. El papel de la superfici electrocatalítica es de proveer un camino energéticamente favorable para la reacción. Naturalmente, con el fin de encontrar una explicación acerca de la actividad catalítica de las sustancias, es esencial examinar las propiedades de la superficie más que en el seno del material. La característica de un átomo en la superficie es que éste tiene menos átomos vecinos que el átomo en el interior o en el seno del material. Esta coordinación no-saturada es la razón por la cual las propiedades electrónicas y vibracionales y algunas veces las posiciones cristalográficas de los átomos en la superficie difieren de la de los átomos en el seno del material. Por otro lado, las palabras activación y superficie del electrodo son términos muy usuales e inexactos que involucran un trabajo experimental y teórico a nivel molecular y/o atómico. La reacción con los sitios de superficie y su reactividad hacia el aducto en la interfaz E/E, puede dar lugar a la formación de complejo(s) de superficie.
Se tiene que la energía es la integral de la potencia en el tiempo, o mejor dicho, el área debajo de la curva de potencia durante el período de análisis. Esta forma de operación es sencilla y bastante operativa más aun si se tiene a la mano una tabla de integrales para todas las expresiones posibles de p(t) que uno se pueda imaginar y que quizás la memoria no recuerda como es la solución de alguna integral.
Pero si vemos que el voltaje era la energía que ingresa o sale de un paquete de cargas electricas (v=dw/dq) y la corriente es el cambio de la carta eléctrica que se desplaza entre dos instantes de comparación (i=di/dt). Entonces los valores que podemos determinar mediante mediciones son el voltage (voltímetro), corriente (amperímetro) y watímetro (potencia) [o lo que haga sus veces en experimentos más complicados], con ellos se puede calcular mediante un proceso inverso tanto la carga que se transporta como la energía involucrada en tal proceso, ideal por supuesto. Hay pérdidas en la transmisión, es cierto, como también lo hay casos más complicados en que la transferencia de cargas ya no es unidimencional sino en 2D ó 3D y por lo tanto se hace necesario calcular estas cosas para mejor comprender un fenómeno. Pos os dejo con este caso de 1D que os espero sirva y motive.
Estimados lectores, esta microgrid fue presentada en un evento en el 2012 al cual he tenido acceso. Tienen ahi las figuras de las partes mas descriptivas: el emplazamiento y los equipos utilizados.
En primer el emplazamiento se puede inducir que está en un zona de viento y sol, cerca al mar, en donde durante el dia iniciar y la noche, hay corrientes de aire por las diferencias de temperatura que se dan entre tierra y mar. Es de ver tambien, las distancias que se tienen tanto entre las cargas como entre las instalaciones de solar y motor diesel. La temperatura juega un factor importante en la eficiencia tanto de la producción de energía por celdas solares (las ecuaciones que describen una celda solar contemplan a la temperatura como una variable) y la eólica (no considerado en este tema) los cuales han sido descritos en anteriores posts. Se observa que la configuración de la microgrid es clásica, es decir: de tipo árbol, alterno (por lo tanto: hay que sincronizar) y con medianas cargas.
El segundo asunto son los equipos. Siendo esta una instalación experimental y demostrativa, se observa equipos de electrónica de potencia, baterías y cosas adicionales. En muchas publicaciones se describe los progresos en el diseño e innovación de cada uno de estos equipos y lo mismo de la generación, procesamiento y recolección de señales. Una de las partes importantes, no sólo es la configuración estable, sino la transitoria y que es a donde se centran los estudios. No sólo la transitoria por falla del sistema, sino la transitoria generada por la operación del sistema, lo cuales suceden en mayor cantidad, y si no se hace el cálculo adecuado o simulaciones del caso, se puede perder estabilidad y por lo tanto, el colapso del sistema.
Se entiende que este como otros es un gran esfuerzo, sea poca carga o mucha carga ayuda a estudiar posibles escenarios o probar y desarrollar estrategias para atender mas complicadas situaciones…
Celdas de combustible tienen la perspectiva de ser cada vez más utilizadas en reemplazo de los combustibles fósiles en las unidades de transporte… el presente curva de una celda de combustible que utiliza hidrógeno (proviente de agua) como elemento de trabajo. Estas simulaciones pueden ser usadas en estudios y luego ser comparadas con los experimentos, si es que ya se tiene la celda de combustible o en caso se estén desarrollando los materiales para tal fin.
En las gráficas se presentan todas las condiciones de funcionamiento posibles. la separación entre puntos dan a saber la rapidez de cambio de la variable al cambiar la densidad de corriente. Tiene un parecido al de la celda fotovoltaica en la curva de potencia, con un máximo pico de entrega de potencia.
Las celdas de combustible son un buen tema a desarrollar, lo pueden hacer e interesante desarrollar modelos computacionales de celdas de combustible en las universidades y cenros de investigación. Quizás otros tipos de celdas de combustible se pueden desarrollar y por lo tanto, el código se tendrá que modificar en algo para adaptarse a ese nuevo material.
Hecho en Matlab, luego de numerosos intentos y os espero sirva de mucho.
Ponencia dictada durante el XIX Congreso Nacional de Estudiantes de Ingeniería Mecánica Eléctrica y Ramas Afines CONEIMERA 2012 que se realizó en la Ciudad de Huancayo del 01 al 06 de Octubre del 2012 http://www.coneimera2012.org/ Comparto las diapositivas de la presentación ppt, pero durante la ponencia se presentarón los archivos *.m y *.mdl mas simulaciones in live para el auditorio presente.
Muchas gracias por sus visitas a mi blog sobre Aplicaciones de Matlab/Simulink en Energías Renovables.
Obviamente que los creados de Matlab/Simulink me refiero a la empresa MathWorks Inc. han hecho un excelente trabajo de dar una herramienta muy poderosa de cálculo y que durante el mes de Junio junto con colegas y alumnos en temas relacionados a mecánica de fluidos, animaciones, proyecciones 2D y 3D, asi como también en el esquema de predicción de eventos y tendencias de superficies con base de datos.
Disculparán por lo que éste mes de junio hice pocas entradas, la agenda estuvo bien ajetreada e interesante, el viaje a Denton – Texas, USA hace poco y la que inicio el martes 3 de julio a Ecuador han ocupado bien tiempo para estudiar y analizar muchas cosas que hay que aportar y proponer, además, espero que se concreten muchos convenios de cooperación con la Facultad de Ciencias de la UNiversidad Nacional de Ingeniería (Lima, PERU) a la cual pertenezco… si alguien está animoso, en dichas cooperación para investigaciones, favor ponerse en contacto.
Por lo demás, este julio 2012 me toca un mes de motivante trabajo dado que ya tengo compromisos bastante serios como para descuidarse de ellos, por lo tanto, trabajaré full simulaciones y revisión de varios temas, que los compartiré por este blog y espero como siempre, sirva para el trabajo o aprendizaje de cada quien que visita.
Nuevamente muchísimas gracias y un saludo amical desde Lima, PERU….y les dejo con una foto de Macchupicchu ubicado en la Región Cuzco en mi Perú, considerado una de las Maravillas del Mundo, y además, una de las mejores obras de ingeniería de toda la humanidad. Si vienen a Perú, Macchupicchu es visita obligatoria.
El equivalente Thevenin de la impedancia de red es un indicador que puede ser usado para estimar la estabilidad del voltaje en un cierto punto de la red. La impedancia depende de la agregación de impendancias en serie y paralelo de las cargas, generadores y cables en el área circundante. La impedancia puede ser visto como una compleja función de transferencia. Polos de esta función de transferencia de impedancia que puede indicar inestabilidad en el lado derecho de mitad de plano de un mapa PZ.
La impedancia de un aparato se hace negativa cuando la parte real de la impedancia compleja es negativa. Asumiendo que hay aparatos en una red que muestra un valor de impedancia negativo, entonces este particular impedancia puede reducir la amortiguación en el sistema. Un indicador para esto son los polos de la función de transferencia de la impedancia total del sistema, que se desplazan a través del plano medio real positivo del mapa PZ. Si el número de CPLs (CPL = Constant Power Load) en esta función de transferencia de impedancia total del sistema es significativa, entonces una pobre amortiguación de resonancias puede ocurrir. Este fenómeno puede verse cuando el nivel de voltaje de la red va desde un estado a un nuevo estado.
Muchas gracias a todos los visitantes del presente blog… este mes de febrero marcaron nuevo record de visitas, el más alto hasta el momento. Grato compartir con Uds. los temas del blog, favor difundirlo y también gracias a todos aquellos que me escriben pidiendo orientación, información, revisión de sus trabajos, asesoría. Tienen ahi el email y la dirección postal en caso necesario.
Gracias también a todos aquellos que escriben pidiendo orientación, que revise sus trabajos, asesoría, etc… favor difundan el blog y os espero sirva a estudiantes y profesionales.
Gracias nuevamente por las visitas y queda seguir el compromiso de implementar con más el blog… Best regards
Hola a todos los visitantes, el día viernes 27 de enero del 2012, tengo que exponer mis avances del Proyecto de Tesis que tengo como tema de Doctorado. La hora es a las 2 pm en el Aula de Postgrado de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Ingeniería (http://www.uni.edu.pe) en Lima – PERU. Añado también que el tema se hace en cooperación con una Universidad de Aalborg (Dinamarca) y se cuenta también con el apoyo del Centro de Tecnologías de la Información y Comunicaciones (CTIC) de la Universidad Nacional de Ingeniería.
Les dejo con algunos slides de la presentación que se realizará, espero les guste y quedan invitados.
Las microredes son en pequeña escala, redes de suministro de potencia y calor combinados para alimentar cargas eléctricas y de calor para una pequeña comunidad, tales como una locaidad suburbana, o una comunidad académica o pública tales como una universidad o colegio, un área comercial, un lugar industrial, un conjunto de comercios o una región municipal. Las microgrids (microredes) son escencialmente una red de distribución activa por ella es el conglomerado de sistemas de generación distribuida y de diferentes cargas en el nivel de voltaje de distribución. Los generadores o microfuentes empleados en una microred son usualmente fuentes de energías distribuidas (DER’s) renovables/no convencionales integradas a través de la generación de potencia en el voltaje de distribución.
Desde el punto de vista operacional, las microfuentes pueden estar equipados con interfases de electrónica de potencia (PEIs) y controles para proveer la flexibilidad requerida asegurando la operación como un único sistema y mantener la salida de potencia y calidad de energía especificados. Esta flexibilidad del control permite a las Microredes actuales ser las primeros sistemas de suministro de energía con una única unidad controlada para satisfacer necesidades de energía locales con fiabilidad y seguridad.
Las diferencias clave entre una Microred (microgrid) y una planta de energía convencional son las siguientes:
- Las microfuentes son de muy pequeña capacidad con respecto a los grandes generadores en las plantas de energía convencionales.
- La potencia generada en voltaje de distribución pueden ser directamente entregados a la red eléctrica de distribución.
- Las microfuentes son normalmente instaladas cerca a los usuarios con las premisas que las cargas eléctricas y de calor pueden ser eficientemente alimentadas con voltaje y frecuencia satisfactoria y despreciables pérdiads en conductores.
Las características técnicas de una Microred permiten ser adecuadas para suministrar energía a remotas áreas de un país cuando el suministro desde la red nacional es dificil debido a la topología o cortes frecuentes del servicio debido a condiciones climáticas severas o perturbaciones causados por el hombre.
Desde el punto de vista de la red nacional, la principal ventaja de la Microred es que esta es tratada como un entidad controlada dentro del sistema de potencia. Ella puede ser operada como un simple carga adicional. Esto comprueba su fácil controlabilidad y conformidad con las reglas y regulaciones de la red sin perjudicar la fiabilidad y seguridad del suministro eléctrico. Desde el punto de vista del cliente usuario, las microredes son beneficiosas para localmente satisfacer requerimientos de calor/electricidad. Pueden suministrar potencia ininterrumpida, mejorar la fiabilidad local, reducir pérdidas en alimentadores y proveer soporte local de voltaje. Desde el punto de vista medio ambiental, las microredes (Microgrid) reduce la polución del medio ambiente y calientamiento global a través de la utilización de tecnologías de bajo carbono.
Sin embargo, para lograr una operación estable y segura; varios problemas del tipo económico, regulatorio y técnicos tendrán que ser resueltos antes de que las microredes pueden ser algo trivial. Algunas áreas problemáticas que requiren la debida atención son la intermitencia y la naturaleza de dependencia climática de la generación de los DERs, baja energía que contienen los combustibles y falta de estándares y regulaciones para la operación de las Microredes (microgrid) en sincronismo con la red eléctrica (interconectado). El estadio de tales problemas requiere muchas investigaciones en tiempo real y fuera de línea, los cuales se están haciendo por institutos de investigación y de ingeniería en diversas partes del mundo.
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Datos Generales
Good day. My full name is Jorge Luis MIREZ TARRILLO.
I am Peruvian. I live in Lima, capital of Perú in South America.I studied Mechanical Electrical Engineering, MSc Physics and actually is PhD Candidate on Physics (title thesis: Control, Optimization and Management of Microgrid Current Direct)
Too, actually job as Associate Professor in Faculty of Sciences of Universidad Nacional de Ingeniería (National University of Engineering) in Lima – PERU (Courses: Control Theory, Heat Transfer and Electromagnetism)
My subjects of me interest are: control, signal processing, optimization, simulation, biomedical research, smart grid, microgrid, water.
I have experience in: Matlab/Simulink, biomedical equipment, electrical systems, saturated steam systems 100 psi and organizing academic events.
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