Archive for the ‘Máquinas Eléctricas’ Category

now I am member of Technical Program Committee de 2015 ISGT-LA Conference on Innovative Smart Grid Technolgies. Octuber 5-6-7, 2015. Montevideo – Uruguay.


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Desde el año 2008, he venido trabajando haciendo Modelamiento (en caso sea necesario) y simulaciones. Mi situación por aquella época era precaria, así que no me quedo otra que el autoaprendizaje de Matlab/Simulink partiendo por el Help de Matlab y la numerosa literatura disponible gratuita en la web. Hay cosas que necesitan hacer un Modelamiento, son aquellos nuevos casos o aplicaciones particulares y específicas que requieren detalles no contemplados en la literatura. Hay casos en que no es necesario hacer el Modelamiento pues ya hay libros o literatura que te da el o los modelos matemáticos y la tarea que se tiene es escribir en el Matlab/Simulink cada ecuación, enlazarlas y eliminar los errores (que a veces es una tarea épica). Las simulaciones recrean los diversos y diferentes escenarios que se desean conocer, aquí, el criterio del programador es de vital importancia para definir los límites de cada escenario de simulación y la evaluación de los resultados, por lo general gráficas lineales o en 2D ó 3D. Es una herramienta muy poderosa y gran utilidad los programas de programación, en especial, de alto nivel, reducen el tiempo de cálculo y brinda resultados de escenarios que trabajados de manera analítica (a mano) serían más que imposibles. Las únicas herramientas son un software de programación de alto nivel y una computadora. Esto es lo que puede hacer ya que en toda universidad hay computadoras. Sin embargo surge cosas curiosas, por ejemplo la falta de visión en no desarrollo de temas actuales. Por ejemplo, en mi país PERU, se están instalando mas de un ciento de MW de generación eólica y algo menos en generación solar, potencias importantes para nuestro sistema eléctrico nacional que es pequeño, y en este caso, NO hay una colaboración cercana entre Estado – Universidad – Empresa, no hay transferencia de tecnología ni alguna universidad se haya puesto a crear capacidades humanas y tecnológicas para atender tales instalaciones hoy y en el futuro. Hasta quienes como yo, que estoy haciendo algo de renovables, control y muchas simulaciones se nos hace difícil acceder a dichos mercados laborales y hasta resulta que no lo creo que hayan pasado varios meses y hasta ahora no logro que me contraten de nuevo para hacer docencia universitaria (alguna universidad o país se puede interesar en mis capacidades?). Puedo mencionar que quienes realizan simulaciones guardan o tienen muy en práctica, un estricta forma de razonamiento y orden de hacer las cosas, algo difícil de lograr en sistema educativo memorístico. Tal es mi apreciación, que ya desde la escuela y el colegio cursos de programación en programas de alto nivel deberían ya tener, la juventud y niñez captan mucho más rápido las herramientas tecnológicas. Como usuario de Matlab/Simulink y como Admin del Grupo de Matlab más grande de Facebook, ánimo a MathWorks Inc USA a desarrollar un paquete lo bastante básico, inspirador y que no afecte sus expectativas de negocios; para niños y jóvenes. En cuanto a la people universitaria sirve a todas las carreras y mejora mucho el entendimiento de cada tema. Seguiremos haciendo Modelamiento y simulaciones y aportando en este blog y los otros que tengo, y, espero que sirvan e inspiren.
Prestó para servirles.
ATTE:
Jorge Mírez.
Perú.


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produccion_por_tipo_de_combustible

Hasta el año 2003 las fuentes de generación de energía eléctrica se resumían en hídricas y térmicas en base a carbón y diesel. Las fuentes hídricas dependen estrictamente de factores climatológicos, específicamente del nivel de lluvias registradas en nuestro país, por lo que el abastecimiento de energía generada en base a este recurso no es constante.
Las fuentes térmicas por su parte (carbón y diesel) se rigen por precios internacionales, por lo que se ven expuestos a volatilidad, afectando los costos de generación.

Sin embargo, desde agosto de 2004 con la puesta en marcha del proyecto del gas natural de Camisea, se dio un cambio fundamental en la matriz energética del país. El crecimiento actual de la generación eléctrica ha tomado impulso a través del uso del gas de Camisea, y por la iniciativa de inversión por parte de las empresas generadoras en la implementación de centrales térmicas.

Pero tal como aparece en la figura puedo pensar lo siguiente: la disponibilidad del agua (recurso hídrico) ha disminuido lo que hace insostenible la generación a partir de hidroeléctricas; y, los nuevos proyectos hidroeléctricos son más difíciles de hacer dado que ahora hay una mayor conciencia de la población por el gran y funestro impacto ambiental que generan los grandes embalses de agua de las represas para las hidroeléctricas (caso de las hidroeléctricas que se piensan implementar en el Río Marañón y que no es tanto el fin de vender la energía al Perú sino de exportarla al Brasil, he ahí el interés económico de las empresas). Las renovables en este panorama no pintan de manera apreciable, dado que las inversiones en infraestructura de rápida implementación como son la generación a gas con ciclo combinado ya ha sido comprometida. Por lo tanto, el Perú desconoce muchas cosas en parte también a que llena de tanta televisión chatarra, cortinas de humo y un sistema educativo que está calificado entre los peores del mundo.


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Droop tiene muchos usos y aplicaciones en el control de motores. Sin algún forma de droop, el control de velocidad del motor sería inestable en la mayoría de los casos. Droop se define como una disminución en el ajuste de velocidad en la carga aumenta. Droop se expresa como un porcentaje de la velocidad original de ajuste desde sin carga hasta plena carga. El porcentaje normal de recomendada de droop es de 3% a 5%. Un mínimo de 2,5% es necesario para mantener la estabilidad en un regulador de velocidad-droop. Droop se calcula con la siguiente fórmula:

droop_formule

Si en lugar de una disminución en la velocidad de ajuste de un incremento tiene lugar, el gobernador es mostrando droop negativa. Droop negativa causará inestabilidad en un gobernador. Gobernadores hidro-mecánicos simples tienen la función droop incorporado y siempre operar en droop. Gobernadores más complejos incluyen droop temporal, que
devuelve el valor de velocidad en su valor original después de la velocidad del motor a recuperado de un cambio en la velocidad o de cargas. La droop temporal se llama “Compensación”.

En un sistema sin droop, un aumento de la carga hará que el motor se desacelere. El gobernador responderá aumentando el combustible hasta que la velocidad del motor haya regresado a la velocidad original.

Debido a las propiedades combinadas de la inercia y la potencia de retardo, la velocidad del motor continuará aumentando más allá de la ajuste de velocidad original, provocando un sobrepico en la velocidad. Tendrá el gobernador que responder disminuyendo la velocidad para corregir la rebasamiento. Esto puede ahora demasiado corregir la velocidad en la otra dirección que provoca un sobrereducción. Esta corrección excesiva de la velocidad en ambas direcciones (inestabilidad) se amplificar hasta que el motor se dispara por sobre exceso de velocidad (ver figura)

response_curves_of_governor_without_droop_or_compensation

Figure: Response curves of governor without droop or compensation


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Help me para estar presente en The 17th Annual International Mars Society. South Shore Harbour Resort (SSHR), League City, Houston, TX, August 7-10, 2014


help_convention_annual_mars_society_jorge_mirez

 

convencion_mars_society_2014_USA (image in pdf)

CV Jorge Mírez:    CV_Jorge_Mirez_Super_Short_2014

memory help about i in Mars Desert Research Station (April/May 2013) ayuda_memoria_MDRS_2014


Sector Residencial

medellin_sector_residencial

Sector Comercial

medellin_sector_comercial

Sector Industrial

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plant_solar_power

En el estudio de las variables medioambientales hay que tener bastante cuidado, dado que su comportamiento aleatorio influye grandemente en el funcionamiento de los generadores de electricidad, los cuales dependiendo de tu capacidad constan de varias unidades. Por lo tanto en un emplazamiento con varios aerogeneradores, todo podrían tener comportamientos diferentes. Al igual podría decir de la generación solar fotovoltaica, en que cada panel podría tener diferente irradiación o sección de planta solar; pero en este caso de la generación solar fotovoltaica también hay que tener en cuenta que cuando la planta llega a su máxima capacidad, ésta debe tener mecanismos de evacuación de la energía sobrante o de regulación del voltaje de salida. Todo ello debe estar escrito en el código que realiza la simulación de tal manera que se tenga una apreciación más realista del fenómeno. En la figura se muestra el resultado de un planta solar fotovoltaica usando las técnicas de recuperación y procesamiento de información mencionadas en el post anterior (J666), es de observar el peliculiar comportamiento que tiene hacia el mediodía en que existe el máximo de irradiación solar.


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energy_transformation_mode

En la figura les muestro un análisis de los modos de transformación de energía en los sistemas de generación de energías renovables. En dichos sistemas, la potencia eléctrica generada es que alimenta a las cargas con una alta prioridad. Si la energía eléctrica generada es excesiva a la demanda de las cargas eléctricas, el plus es usado para cargar las baterías, y si la batería se carga totalmente, la sobreflujo de potencia se envía a la red de distribución local si éste existe. El trabajo de la batería tiene tres status: desconectado del sistema, cargado por el sistema o en descarga para suministrar potencia a las cargas.

three_Working_status_of_Battery


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MG_March_2014_1 MG_March_2014_2 MG_March_2014_3 MG_March_2014_4 MG_March_2014_5 MG_March_2014_6

 

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….


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incremento_tamaño_de_turbinas_eolicas

El tamaño de las turbinas se va a ir incremento, esto es un hecho. Mejores materiales en los diferentes componentes de las turbinas han hecho posible que cada vez una sola unidad pueda producir varios MW de potencia eléctrica. La comparación es el tamaño de un avión comercial. Es un reto tecnológico el desarrollar turbinas cada vez más grandes y que sean seguras, fiables y económicas. Las universidades, institutos de investigación y laboratorios de las empresas que fabrican estas cosas, van en un carrera que involucra la continuidad de su producción, el mercado que abarcan, las tendencias de uso de energías renovables y la continuidad de su existencia. Favor si hay oportunidad en alguna de esas empresas constructoras de turbinas eólicas para trabajar, me pasan la voz 🙂 … caso adicional, es a quienes desean hacer simulaciones en Matlab/Simulink y desean que les asesore me escriben…


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2011_capacidad_de_generacion_eolica_a_fin_de_año_USA

2011_penetración_por_estado_generacion_eolica_a_fin_de_año_USA

En la presente doy a saber los porcentajes de penetración de la energía eólica según estado de los EEUU (USA). Para tener mejor apreciación también hay un figura en que se lee las potencias instaladas en turbinas eólicas en cada estado. Es de notar que estamos hablando de varios MW instalados, lo que involucra también por ende, varios parques eólicos instalados en el territorio americano. De hecho cada año cambian estos porcentajes y principalmente las potencias instaladas. Pero estas figuras dan una primera imagen, a comparar en el futuro con los mismos estados, o que sirva de referencia en otros países.


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main_components_wind_farm

La figura refleja los principales componentes que tiene un parque eólico, centrado principalmente en cada turbina eólica, los cuales recogen o capturan parte de la energía contenida en el viento para poder transformarla en energía eléctrica. Desde la primera interacción del viento con la turbina, entran a tallar el control de la turbina, las interfaces adecuadas que transmiten la energía hacia cada unidad de transformación; todo ello, bajo el mando y control de la Unidad Controlador. Pero esto no es que trabaja por su lado, tiene una interacción fuerte con las condiciones de operación de la red, las cuales coordinan con cada Controlador de cada turbina eólica. Esta comunicación y retroalimentación, permite que se cumplan las exigecias de las normas de calidad eléctrica.


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mapa_de_ruido_de_un_aerogenerador

Una turbina eólica genera ruido, el cual es necesario evaluarlo, se usa el equipo respectivo y se va recorriendo alrededor de la turbina haciendo las mediciones del ruido. Como pueden ver en la figura, es sobre un plano alrededor de la turbina y a distancias definidas en que se han tomado las medidas, por lo tanto, es un buen mapa simétrico en el nivel de ruido. Si hubieran desviaciones habría que analizar las causas. Gustaría hacer de estos estudios, quien se anima a contratarme?


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La energía contenida en el mar se puede aprovechar de diferentes formas:

Como energía térmica, utilizando la diferencia de temperaturas entre las aguas de superficie y las aguas profundas, diferencia que en las aguas subtropicales puede alcanzar los 20-30º C

perfil_de_temperaturas_en_los_mares_tropicales

Como energía mecánica: aprovechando el movimiento de las olas mediante sistemas de boyas flotantes; las corrientes marinas mediante turbinas ancladas en el fondo del mar o el cambio de nivel debido a las mareas

variacion_mensual_de_la_marea

La forma más eficaz es aprovechar el desnivel producido por las mareas, acumulando agua en los períodos de marea alta y descargándola a través de una turbina cuando la marea está baja.

La energía mareomotriz no está demasiado desarrollada, en parte debido a las elevadas inversiones que se requieren, y en parte a los problemas técnicos asociados a la salinidad del agua del mar, de difícil solución.


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diferentes_tipos_de_presas_para_la_produccion_de_Energia_hidraulica

El agua almacena energía según las características de su flujo y su posición dentro del campo de la gravedad. Represando el agua, se le obliga a elevar su cota dentro del campo gravitatorio y, con ello, a aumentar su energía potencial, que podrá ser usada mediante una salida controlada. De esta forma, primero se transforma en energía cinética, y posteriormente en energía mecánica y eléctrica. Esta fuente de energía puede ser de gran aplicación en los países en vías de desarrollo, pues es fácil encontrar numerosos lugares útiles par la instalación de minicentrales eléctricas, especialmente en zonas montañosas.


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sistemas_de_conversion_activos_de_energia_solar

En la figura se muestran los sistemas activos de conversión de la energía solar en electricidad o en energía térmica. Las temperaturas de referencia se muestran en la figura. Considerando que actualmente existen mejoras tecnológicas las cuales progresivamente resultan en productos de mayor eficiencia, es éste un tema muy importante a la investigación, tanto de soluciones generales y locales.


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aparente_potencia

En este post he estado indagando hacer de un forma de control de microredes, de las ecuaciones revisadas encuentro una con que se puede determinar el comportamiento de la potencia activa y reactiva considerando que lo que varía es el ángulo de desfasaje de la carga eléctrica que se conecta a un generador de energía eólica con una línea de transmisión corta. Simulado en Matlab de MathWorks Inc, la figura de la izquierda muestra los valores de la potencia activa y reactiva los cuales son valores en función al ángulo de desfase de la carga. En la gráfica de la derecha es la representación de forma polar en que la potencia aparente tiene un mismo valor, sin embargo, cambia de posición debido a los distintos valores que toma la potencia activa y reactiva para mantener el mismo valor final de potencia aparente a pesar del cambio en el ángulo de desfasaje de la carga eléctrica que se alimenta.


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Un flywheel (volante de inercia) es un dispositivo que almacena energía eléctrica como energía cinética (o inercial) de una masa dispuesto en forma de rotor girando a una velocidad muy alta. La figura muestra la estructura de una unidad convencional de volante de inercia.

flywheel

La carga/descarga del dispositivo se realiza a través de un máquina eléctrica integrada operando como un motor para acelerar el rotor hasta la velocidad requerida para potencia nominal de absorción desde la red eléctrica (modo carga( o como generador para producir la energía eléctrica para la demanda usando la energía almacenada en la masa de la volante de inercia por la desaceleración del rotor (modo descarga). La energía almacenada es directamente proporcional al momento del rotor del flywheel y al cuadrado del momento angular, una razón por el cual se incrementa la velocidad de rotación es porque trae grandes bebeficios sobre la densidad de energía almacenada. Se tiene actualmente dos tipos de flywheels: de alta velocidad (HS: cerca de los 40000 RPM) y de baja velocidad (LS: alrededor de los 7000 RPM). Modernas flywheels con cojinetes magnéticos superconductores posee una muy alta eficiencia que es superior al 90%.


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azores_microgrid

Reportado en un congreso durante el año 2012, este proyecto ha sido realizado por ABB. Como pueden ver las figuras, cuenta con numerosos elementos tanto de generación, almacenamiento, control, consumidores, volantes de inercia, una conexión a la red regional de electricidad, cargas térmicas, motores o similares (consumidores rotantes)… El hecho es que todos se conectan a la microgrid y cada de uno de ellos está enlazada a un Centro de Control (Control Centre) que hace el monitoreo del sistema; recopila la información desde sensores, la procesa, ordena y almacena.

El lado izquierdo (mirando la pantalla) podría decirse que es un sistema en el cual todos se conectan, por lo tanto, no hay un control adecuado de cada uno de los elementos del sistema, según sea la necesidad, por ejemplo: si hay caída de tensión, escasa producción de energía eléctrica, baja calidad de la energía eléctrica entre otros problemas que se pueden presentar como armónicos, etc. A la derecha, se dispone de un control central, el cual toma las decisiones en virtud de la data recolectada y de una secuencia de decisiones previamente analizada y constantemente actualizada según los casos que se vayan presentando.

Estos experimentos y cosas demostrativas han dado un gran aporte a la compresión del tema, mejorando la performance, conociendo las limitaciones de cada tecnología, brindando mucha información en cuanto a los diferenets parámetros del sistema y de funcionamiento.

En la parte inferior, se menciona que se ha utilizado el DROOP CONTROL para la frecuencia, esta tecnica es muybuena, y el control permite la reducción de las reservas en cuanto al motor diesel. Permite de hecho una ahorro en el combustible dado que con un buen aprovechamiento de los recursos en este caso se ha logrado reducir las horas sin utilización del motor diesel hasta de 14 horas… El diagrama muestra el comportamiento estocástico de la producción y el consumo, a lo cual la microgrid se debe ajustar… por ningún motivo se debe decir al usuario que debe tener cuidado o limitación en el uso de la energía eléctrica… son los ingenieros y demás ramas los que DEBEN CREAR LAS SOLUCIONES para que el cliente o usuario las use y pague por ellas sin empeorar su calidad y estilo de vida, más bien incrementarlo. En Europa una casa promedio tiene una demanda de aprox. 10 kW considerado.


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microgrid_in_europe

En la traducción al español Drivers significa conductor. Digamos que aca lo que desea expresar con los items que conducen el desarrollo de las microgrids en Europa. Los hay cuatro: medio ambiente, economía, seguridad en el suministro y la tecnología.

Medio ambiente: Lo que buscan lograr es la reducción del impacto o huella de carbono en el medio ambiente mediante la integración de fuentes de energía renovable de salida variable. Es decir, que la potencia de salida o energía de salida sea posible controlarla o adecuarla según la condiciones del despacho, la calidad deseada de la energia eléctrica y el tipo de cargas que son usuarias del sistema.

Economía: Se desea lograr la reducción de los costos de instalación, puesta en marcha, arranque especialmente para los sistemas remotos basados en motores diesel. Dichos lugares en Europa están considerados como aquellos los más lejanos, pero no significa los más pobres, la pobreza no implica en este momento un impulso para las renovables en donde tanto los fabricantes como centros de investigación desean usuarios que consuman para evaluar el desempeño de sus diseños y equipos.

Seguridad del Suministro: Incrementar la fiabilidad y resilencia, además de la capacidad de sobrevivir a desastres naturales. Se tiene una idea de fiabilidad, vínculada principalmente a la calidad del diseño del equipo, materiales y sistemas de protección. La resilencia en ingenieria es la capacidad de almacenar energía por un material dentro de su límite elástico y luego entregar dicha energia almacenada, esto por ley de termodinámica (entropía) no es 100% pero es un cuasi-ideal que sucede esto. Y los desastres naturales, son condiciones extremas, que el diseñador debe considerar en virtud de costos, oferta, demanda, zona de ubicación, etc… para que se mantenga la operatividad del sistema duante o poco tiempo después que suceda un desastre natural.

Tecnología: Incrementar el uso y mejorar el diseño y prestaciones de las modernas tecnologías de la información, hardware controlable  (por ejemplo: dispositivos de electrónica de potencia) todos los cuales permiten protección y gestión avanzada.  Sean las comunicaciones mediante cable, inalámbrica, por internet, encriptado o no y nuevas formas de comunicaciones (óptica, cuántica) harán controlable cualquier sistema eléctrico con cada vez mayor performance. Y la electrónica de potencia, que permitirá altas prestaciones antes cambios aleatorios de variables como viento y radiación, así como: alta calidad de energía eléctrica, mejor eficiencia de conversión AC/DC o viceversa entre otras mejoras por parte de los dispositivos de electrónica de potencia.


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