Archive for the ‘Microturbine’ Category
En el presente post encuentan el PPT y audio de mi Conferencia: “Microrredes y Generación Distribuida”. Diciembre 07, 2018. COIMTEECS. Universidad Nacional del Antiplano. Puno, Perú.
PPT:
AUDIO:
Página Web: http://jmirez.wixsite.com/mapchota2016
Fanpage: https://www.facebook.com/mapchota2016/
PD: Se invita a los que desean grabarlo, transmitirlo por radio, TV y/o cable el evento.
Link Transmisión en Vivo y en Directo en Español
Se invita a todos los que desean participar como Ponentes de este Encuentro. Las reglas son:
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Las ponencias serán de al menos 15 minutos.
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Hay espacio para 24 ponencias de 15 minutos.
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Las ponencias serán transmitidas vía internet por dos canales de YouTube (uno en español y otro en inglés con traductor en vivo).
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Los ponentes enviarán hasta el 21 de diciembre sus ponencias y CV para ser colocados en el Programa del evento.
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El modelo del CV en formato Word está disponible en el siguiente link: https://jmirez.files.wordpress.com/2016/12/map-chota-2016_nombreyapellidoponente_cv.docx
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El modelo de la presentación en formato PPT está disponible en: https://jmirez.files.wordpress.com/2016/12/ppt_mar-chota-2016_autor.pptx
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Los archivo PPT y Word enviarlo a jmirez@uni.edu.pe
Motivación del Encuentro
Las fiestas de fin de año reúnen a la familia y amigos, para lo cual se da el retorno de estudiantes, académicos y profesionales desde sus centros de estudio, investigación y de trabajo a sus ciudades de origen (en los diferentes ciudades y pueblos a nivel nacional) a pasarla en familia, con las amistades o simplemente es un tiempo de retorno a nuestros lugares de origen.
Este es un motivo especial para reunirnos para conocernos y compartir lo realizado durante el año mediante la conversación y ponencias tanto en lo académico y en las experiencias profesionales sean éstas realizadas en el sector público como privado.
Chota, la Atenas del Norte del Perú, se viste de gala al organizar el MAP Chota 2016 e invita a ser parte de este encuentro entre estudiantes de escuelas, colegios, pregrado y postgrado, académicos, profesores, padres de familia, investigadores, profesionales, organizaciones de base y sociedad en general de fin de año 2016 y hacemos el llamado a todas las ciudades del Perú a que se realicen eventos similares, y hacemos extensivo también a todos los pueblos y ciudades de América Latina.
Durante el MAP Chota 2016 estamos organizando algunas actividades extras: como un compartir; feria tecnológica, artesanal y artística; exposición de fotografías y de libros.
Las seis horas que durará el evento quedará guardado en YouTube y la participación en el evento como Ponente o Asistente es totalmente libre y gratuito. Quedan todos invitados a participar.
Página Web del Encuentro http://jmirez.wixsite.com/mapchota2016
More recently, a new generation of very small gas turbines has entered the marketplace. Often referred to asmicroturbines, these units generate anywhere from about 500 watts to several hundred kilowatts. The figure illustrates the basic configuration including compressor, turbine, and permanent-magnet generator, in this case all mounted on a single shaft. Incoming air is compressed to three or four atmospheres of pressure and sent through a heat exchanger called arecuperator, where its temperature is elevated by the hot exhaust gases. By preheating the compressed incoming air, the recuperator helps boost the efficiency of the unit. The hot, compressed air is mixed with fuel in the combustion chamber and is burned. The expansion of hot gases through the turbine spins the compressor and generator. The exhaust is released to the atmosphere after transferring much of
its heat to the incoming compressed air in the recuperator.
Source:
Gilbert M. Masters. “Renewable and Efficient Electric Power Systems”. Jhon Wiley & Sons, Inc., New Jersey. ISBN 0-471-28060-7. 2004
Las turbinas de gas poseen un eje que gira a bastantes RPM (una referencia es 100,000 RPM sin embargo hay un amplio rango dependiendo de calidad, fabricante, procedencia, etc.), por lo tanto, esa energía cinética que es resultado de capturar parte de la energía química liberada por la combustión del gas en las cámaras de combustión, necesita de un generador de alta velocidad para la siguiente etapa del proceso que es transformarla en energía eléctrica. Queda entonces luego acomodar la señal eléctrica a lo que el sistema eléctrico a conectarse utiliza, por ello, primero se rectifica, se lleva a un enlace en corriente directa (link dc) y luego a un inversor eléctrico que lo lleva a energía eléctrica en su forma alterna sea monofásica o trifásica (como se indica en la figura)… Por cierto, estos sistemas ya desarrollados vienen encapsulados en diferentes capacidades nominales 5 kW, 10 kW, etc.
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La figura muestra el diagrama de bloques una microturbina. Estos diagramas de bloques sirven para ver en que partes funcionales o conceptuales un sistema está constituido, pero si lo miramos desde el punto de vista de modelamiento y simulación, los diagramas de bloques sirven para determinar las partes importantes que constituyen un sistema y con cada parte del sistema ir haciendo su modelo matemático y computacional… una vez que se tiene las simulaciones de cada parte, se integran como un todo para recrear todo el modelo de la microturbina. En este caso las entradas al sistema son aire y combustible, cada uno de ellos son constituyentes que pueden varias de composición, quizás el combustible de la microturbina por ser gas, sea más uniforme en el tiempo. Combustible que se quema y parte de la energía contenida en los gases de escape se transforman en energía térmica en el recuperador, haciendo más eficiente el sistema. Una microturbina de gas es un elemento sencillo con una sola pieza en rotación.
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- DERs grid-forming: Estas unidades son la columna vertebral de las microgrids. Siendo responsable de mantener estable las condiciones del sistema de potencia, estas unidades constantemente hacen control de frecuencia y voltaje tener a tono los sistemas de generación y la demanda. Estas unidades pueden ser convencionales generadores síncronos o Inversores de Fuente de Voltaje (VSI) con almacenamiento de baterías.
- DERs grid-supporting: Unidades controlables (despachables) los cuales son dependientes del voltaje y frecuencia del bus. Estas unidades pueden ser de almacenamiento (volantes de inercia, baterías, almacenamiento térmico) o generadores cuyos principal recursos son despachables (celdas de combustible, micro turbinas, etc).
- DERs grid-following: Generadores no controlables. Estas unidades son frecuentemente diseñados para maximizar su salida por medio de Seguidores de Punto de Máxima Potencia (MPPT). Ellos no realizan control de frecuencia y voltaje en su PCC, en su lugar, ellos “siguen” la señal de voltaje y frecuencia y actúan como una fuente de corriente. La principal guía para esta estrategia de control es la incertidumbre de la fuente de energía primaria de estas tecnologías. Algunos ejemplos son las celdas fotovoltaicas y las pequeñas turbinas eólicas.
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Las microturbinas tienen las siguientes características:
1. Tamaño .- Son relativamente pequeñas en tamaño comparadas con otras DERs.
2.- Conversión de combustible a electricidad .- Esto esta en el orden de 25-30 %. Sin embargo, si se recupera el calor residual para aplicaciones CHP, los niveles de eficiencia de energía son mayores del 80%.
3.- Emisiones de óxidos de nitrógeno.- Son menores que 7 ppm para máquinas de gas natural.
4.- Vida operacional.- Son diseñados para 11,000 horas de operación, pero con los adecuados mantenimientos su tiempo de servicio puede ser al menos de 45,000 horas.
5.- Economía de operación.- Costos del sistema son menores que US$ 500 por kW. Costos de electricidad es competitivo con alternativas incluyendo energía de la red para aplicaciones de mercado.
6.- Flexibilidad del combustible.- Es capaz de usar combustibles alternativos, gas natural, diesel, etanol y otros líquidos derivados de biomasa y gases.
7.- Nivel de ruido.- Tiene reducido nivel de ruido y vibraciones.
8.- Instalación.- Tienen un simple procedimiento de instalación.
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J778: Enlace entre portadores y convertidores de energía en un futuro sistema de energía sostenible…
En un futuro el sol es de hecho la fuente de energía primaria. La cantidad de energía solar que incide sobre la Tierra es muchas veces la cantidad actual de energía que necesitamos cada año. Sólo una pequeña fracción de la superficie del Desierto del Sahara puede suministrar todas las necesidades energéticas del planeta. De la interacción del Sol con el planeta surgen el viento, las olas y la biomasa que usando las tecnologías y equipos adecuados se logra captar y convertir esa energía primaria para ser usada en forma de electricidad y calor. El excedente requiere así mismo de formas de almacenamiento que permita también la posibilidad de usarlo cuando no exista generación de calor o electricidad. La figura muestra los múltiples enlaces entre ellas. Cada uno puede pensar de la forma como pueden interactuar y recrear diferentes escenarios de estudio….
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El Concepto de CERTS (Consorcio para Soluciones de Tecnología de Fiabilidad Eléctrica) ha sido implementada bajo una configuración de hardware de concepto a prueba en la Universidad de Wisconsin-Madinson en los Estados Unidos de América. La microred cuenta con dos fuentes, cinco conjuntos de cargas trifásicas y un interruptor estático que permite la conexión a la grid. La figura muestra la disposición de los componentes. Notar que hay 100 yardas de cable entre las fuentes para mejor captura de la caída de voltaje que normalmente existe en los alimentadores. Esto me está permitiendo mejorar mi apreciación de las microredes y mejorar los modelos computacionales que realizo bajo Matlab/Simulink, esta experiencia me sirve también para extenderme en aplicaciones a otros campos de la ciencia e ingeniería.
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Una microturbina considerado para alimentar sistemas de baja tensión en un sistema de generación distribuida es hablar de potencias de 30 – 300 kW. Encontré en la literatura algo que describia un modelo de microturbina, la he podido plasmar en un programa de Simulink para hacer la simulación. La curva amarilla es la representación de la potencia mecánica entregada por la turbina luego del proceso de quema de combustible y eficiencias. Se han añadido elementos de control con sus respectivas funciones de transferencia (las cuales obviamente no las pueden observar). Esto es parte del trabajo de modelamiento y simulación que realizo y que animo a toda la comunicación de habla hispana y quienes usan el traductor del Blog a que hagamos cooperación en investigación. Las microturbinas son generadores cada vez de menos tamaño y cumplen la función de generar electricidad y dar calor; solo cuenta con una parte móvil, usa gases que son ahora bastante comerciales y disponibles, incluyo los hay alternativos como el biogas, etc. La gráfica es en p.u.
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“El Dr. Norrby comentó a los estudiantes de nuestro campus que para algún día ser Premios Nobel, no deben olvidar seis ingredientes fundamentales: mucha curiosidad por explicar ciertos fenómenos, una educación de base sólida, un buen mentor [alguien que te clarifique el camino y esté al tanto de lo que sucede en el mundo, de la importancia de tal o cual investigación en beneficio de la humanidad… tan importante es tener un buen mentor], un lugar donde se esté desarrollando ciencia de buen nivel, experimentos fuera de serie que rompan paradigmas en una rama que los intrigue y, sobre todo, una forma de pensar poco convencional”.
Estimados (gentlement) lo comparto porque lo veo importante… muy importante lo diría si uno se fija en lo que sugiere el entrevistado y la realidad universitaria.
Fuente: http://www2.ccm.itesm.mx/sites/ccm.itesm.mx.talentotec/files/historico/talentotec055.pdf
Recurriendo al concepto de líneas de corriente en un fluido en movimiento nos servirá para explicar como es que se genera el empuje en el álabe de un aerogenerador, ala de avión o álabe de turbina submarina. El gas aire que viene hacia el álabe al incidir sobre el álabe se divide en dos partes una que pasa por una zona concava de tal manera que es compromido (se crea una zona de alta presión) y las líneas de fuerza se unen desarrollando una fuerza sobre el área expuesta del álabe; y otra zona, sobre el lado convexo en que las líneas de flujo se separan creando una zona de baja presión y que produce una fuerza en la misma dirección de la que se genera en la zona de alta presión. Pero de estas dos fuerzas la que predomina es el de la zona de alta presión, y que se suma al de baja presión, creando el concepto de empuje que permite el movimiento en la dirección de la fuerza resultante del álabe.
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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
Son las turbinas de gas una forma cada vez más usual de obtener energía eléctrica y calor, sea por gas natural o por metano proveniente de rellenos sanitarios. En la figura superior se observa un arreglo de turbina de gas simple. Existe ahora lo que son las microturbinas de gas. Novel tecnologías que se adaptan a las necesidades del hogar. Más el elemento clave de todo esto son los álabres, hechos de materiales que soportes las temperaturas, los esfuerzos térmicos y debido a las altas velocidades de rotación. Una forma de como se observa en una turbina y como es que están insertados en el eje se puede apreciar en la figura inferior.
A todo esto, estudiar las turbinas de gas o microturbinas de gas es un tema bastante interesante, no sólo la parte estructural, sino la dinámica, el balance energético, entre otros. Los álabes que son los elementos básicos de este equipo, tienen especial énfasis de análisis, dado que su diseño, construcción, instalación y evaluación de desempeño es fundamental en este tipo de equipos.
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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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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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