Archive for the ‘Microturbine’ Category


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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En 2005, Bianchi y colegas propusieron un sistema de control de ganancia programada con el concepto de Sistemas Variantes de Parámetros Lineales (LPV del ingles Linear Parameter Varying) donde los objetivos principales son la maximización de la eficiencia de la conversión de la energía eólica, la operación segura, el amortiguamiento de modos resonantes, la estabilidad y la robustez. Esta estrategia fue aplicada a un Sistema de Conversión de Energía Eólica (SCEE) de velocidad variable.

En el 2007, Muhando y colegas, presentaron una estrategia de control que estabiliza al SCEE de velocidad variable en todos los puntos de operación por medio del método de ganancia programada, y además, utilizando estimadores para obtener el torque aerodinámico y la velocidad rotacional. Este control adaptativo utiliza la técnica Gaussiana Cuadrática Lineal (LQG del inglés Linear Quadratic Gaussian).

En 2007m Ostergaard y colegas, desarrollaron una estrategia de control en la cual se identificaron varias condiciones de operación del SCEE y fue diseñado un controlador cuadrático lineal (LQ del inglés Linear Quadratic) para cada punto de operación. Adicionalmente, como los estados y la variable de ganancia programada no están en línea era necesario el diseño de un observador para la estimación de estados y perturbaciones.

 


En la entrada anterior se había considerado el siguiente sistema de microturbina de gas conformado por una microturbina, un generador y un sistema de control:

Pues en la presente entrada me voy a central en la microturbina. Estas se construyen de pequeña y mediana potencia con la finalidad de aprovechar combustibles de no tan alto poder calorífico y que sirven como fuentes de potencia localizadas cerca o al interior del espacio geográfico perteneciente al usuario o cliente del sistema eléctrico.

La figura es un modelo de bloques de funciones de transferencia para la turbina sin un droop. Es similar a las más comúnmente usadas modelos de turbinas de gas dinámicas (acá tengo que investigar algo más). El modelo usado es limitado para una dinámica baja. Por tal propósito es razonable asumir que el sistema opera bajo condiciones normales, y por lo tanto lo que son dinámica rápidas tales como arranques, paradas de emergecia, fallas internas o pérdidas de potencia pueden ser despreciadas.

El modelo es basado asumiendo que el control de temperatura y control de aceleración no tienen impacto sobre las condiciones normales de funcionamiento y así pueden ser omitidos del modelo. La microturbina de gas no usa un governador, el cuano no es incluido en el modelo. El recuperador es también no incluido en el modelo, pero hay que recalcar, que el recuperador predominantemente incrementa la eficiencia del sistema.

Por mi parte, he colocado entradas de prueba como funciones cuadráticas, esto para probar el modelo, corregir errores, pero es posible que con datos de entradas de alguna base de datos se tendría resultados a comparar.

 


En la presente entrada se ha considerado las características de operación de una microturbina de gas. Este modelo se compone principalmente de una turbina, un generador y un sistema de control. En la figura de arriba en la parte superior se muestra el diagrama de bloques simplificado.

De todo este modelo esquemático se tiene un sistema de control sobre la potencial real que ha sido implementado por un convencional controlador proporcional – integral como se muestra en la parte inferior de la figura de arriba.

En el sistema de control, Pdem es la demanda de potencia, Pred es la potencia de referencia en unidades de porcentaje, Pin es la variable controlada de potencia a ser aplicada a la entrada de la microturbine de gas, Kp es la ganancia proporcional y Ki es la ganancia integral de l controlador proporcional – integral.

Os muestro esta simulación de ejemplo hecho en Matlab/Simulink con datos de entrada tomados a priori… claro que si se hubiera datos reales simplemente se cambia las entradas.

J438: Visitas al blog durante el mes de febrero 2012


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


Estimado(a) amigo(a). Jueves 23 de febrero es mi cumple y te invito a compartir un almuerzo a la 1 pm en el Rest Teatro UNI (ingreso por la puerta 3 de la UNI http://www.uni.edu.pe)
Es para un momento de compartir la vida académica, profesional y personal. Llevar para su almuerzo, los regalos me son indiferentes, deseo que vayan todos los posibles, asi al menos también promovemos las reuniones sanas docentes – alumnos = amigos de la UNI y de otras universidades.
Les espero…

Atte
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Jorge Mírez  Eng Mechanical Electrical, MSc Physics, Assistant Professor
Faculty of Science http://fc.uni.edu.pe
Universidad Nacional de Ingeniería – PERU  http://www.uni.edu.pe 
Personal Blog:
Blog on Matlab/Simulink in Renewable Energy  https://jmirez.wordpress.com
Blog on Matlab/Simulink in Control Theory http://jmirezcontrol.wordpress.com
Blog on Matlab/Simulink in Mathematics http://jmirezmath.wordpress.com
Blog en Equipos y Máquinas en Salud http://jmirezmedical.wordpress.com
Blog on Matlab/Simulink in Economics http://jmirezeconomics.wordpress.com
Blog on Matlab/Simulink in Physics http://jmirezphysics.wordpress.com
Postal Address:
Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ciencias 2009 – Puerta #5
Av. Tupac Amaru N° 210 Rimac (Lima – Perú) Casilla 31-139

Como ha sido costumbre durante el año 2011, cada mes he venido presentando la cantidad de visitas a este blog, mediante una figura copia de la sección de estadísticas que da WordPress. Este mes de diciembre ha sido muy fructífero, dado que ha habido una importante cantidad de visitas, a pesar del poco tiempo que le dedique a hacer nuevas entradas al blog, obligado por la agenda recargada entre docencia, estudios de doctorado en física y trabajos otros.

Muchas gracias por visitar el blog y por recomendarlo… este año 2012, me he propuesto nuevas metas que espero compartir con todos los internautas interesados en el tema no sólo en este blog sino en los otros blogs que administro también.

Recuerden que se da asesoria en temas de energías renovables, desarrollo de tesis pregrado y postgrado, trabajos de investigación, lo desarrollamos coordinadamente con los interesados….


ASAMBLEA NACIONAL DE RECTORES

COMISIÓN DE COORDINACIÓN INTERUNIVERSITARIA

V  CONCURSO NACIONAL DE TESIS DE POSGRADO DE MAESTRÍA Y DOCTORADO

PREMIO ANR – 2011

MAESTRÍA

CIENCIAS

Primer puesto

Nombre:  MG. JORGE LUIS MÍREZ TARRILLO

Título: Simulación de una Microgrid de voltaje continuo/ alterno alimentado con fuentes solar, eólica, baterías y convencional

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Agradezco a la Asamblea Nacional de Rectores por tal reconocimiento.

“La ceremonia de premiación se llevará a cabo el día jueves 15 de diciembre de 2011 a las 10 am, en la sala N° 2 del auditorio;  y en caso de que  no lleguen las tarjetas de invitación por temas del currier, ustedes pueden venir con sus familiares y amigos”, es lo que han escrito los organizadores, quedan invitados.

La dirección es:

ASAMBLEA NACIONAL DE RECTORES
COMISIÓN DE COORDINACIÓN INTERUNIVERSITARIA
Calle Aldabas Nº337
Las Gardenias – Surco
Lima – 33-Perú

Como referencia queda cerca a la Universidad Ricardo Palma, y, cerca a la intersección de la Vía de Evitamiento con la Av Benavides (Surco)…

Pueden visitar: http://www.anr.edu.pe


Postulación al Programa de Doctorado en Ciencias mención Física de la Universidad Nacional de Ingeniería. Lima, PERU. http://www.uni.edu.pe. La defensa de la propuesta se realizó en la Facultad de Ciencias http://fc.uni.edu.pe


Los precios del petroleo se han incrementado como se puede ver en la gráfica.


aca he hecho una simulación de un potencia compleja S = P + Q*i, donde S es la potencia apartente (VA), P es la potencia activa (W) y Q es la potencia reactiva (VAR). Había algunas preguntas sobre como graficar potencia eléctrica que tienen componentes activa y reactiva, esta es una de las muestras, lo otro es graficarlo de manera individual y mostrar su comportamiento en el tiempo. Para hacer estas graficas se ha hecho un especial tratamiento debido a que estamos trabajando con números complejos, la línea representa la trayectoria que sigue en el plano complejo según el ángulo de desfasaje generado por el factor de potencia y la amplitud de la potencia aparente.


Hola… no es igual modelar un motor eléctrico de 1 HP que un motor eléctrico de 500 HP o más. Lo mismo puede decir para un motor síncrono que uno asincrónico. De igual manera, para un grupo electrógeno de 5 HP que uno de 1000 HP… todos tienen algo en común pero también muchas cosas diferentes.

Es común a todos ellos el principio básico que lo maneja… en el caso de los motores Otto, porque ejemplo es la chispa que quema el combustible mezclado con aire en la cámara de combustión, en el caso de los Diesel es la presión alta que inicia la combustión de la mezcla petróleo – aire.

La diferentes está en las consecuencias de producir, consumir o transportar grandes cantidades de potencia, energía, flujos, etc… implica tener otros esfuerzos mecánicos, térmicos, de fatiga y de frricción, tambien es el ensuciamiento, los caudales de los fluidos operantes, los equipos auxiliares que se necesitan para llevar el control óptimo o mejorar la eficiencia del sistema en estudio.

El principio básico común se puede encontrar en la literatura de los cursos básicos de la universidad… pero la litetarura más especializada puede ser en los cursos especializados de la universidad, o libros más especializados o publicaciones técnicas de las empresas fabricantes.


Hola… Gracias por sus visitas. Como podrán ver en el gráfico anterior, este mes de marzo hemos superado en visitas a lo registrado en meses anteriores. Gracias también por sus emails en que hacen preguntas, comentarios y sugerencias… de las preguntas que nos llega durante la semana, colocaremos algunas entradas que bien puedan también servir de referencia o orientación a todo este universo de habla hispana y portuguesa que visita el blog.

A quienes también les guio como un asesor en sus trabajos académicos y de investigación, gracias también por confiar en mi persona… esta labor que de todo es gratificante ya por el mismo hecho de estar elaborando nuevas entradas, se ve nutrido por la conversaciones que realizamos durante las semanas, lo que permite afinar bien los contenidos.

Visiten las demás entradas, pasen la voz a sus amigos… recuerden que en Agosto dicto un Tutorial en el INTERCON 2011, visiten también mis otros blogs, que aunque no tan implementados como éste, pero ahí también lo vamos construyendo.

También las visitas durante semanas ha ido en aumento, es significa que tenemos acogida y/o que la labor que realizo en este blog al menos merece la pena visitarlo. Las estadísticas por semana las muestro a continuación:

PD. Las visitas de hoy son los que van hasta esta hora 16:43 horas de hoy sábado 2 Abril 2011, hora de Lima PERU.


Hola a todos… coloque un anterior post sobre microturbinas. Resulta que las microturbinas se utilizan para generar entre 30Kw y 500Kw (este última potencia ya es algo apreciable). En este diagrama les muestro un esquemas más detallado de lo que es una microturbina. El aire ingresa aspirado por el compresor, mezclado con el combustible en la cámara de combustión libera parte de energía química contenida, los gases de escape salen de la turbina y pasan por un recuperador… resulta que el recuperar incrementa la eficiencia de la microturbina desde un 14% hasta cerca de un 26% dependiendo de los detalles de los componentes.

La turbina de gas se mueve producto de la aerodinámica de los alabes que logran captar parte del trabajo de expansión de los gases de escape. Convierte esa energía en mecánica que se ingresa al generador eléctrico. Según este diseño, la energía alterna generada en este generador síncrono se rectifica para luego ser nuevamente invertida y ser distribuida entre las cargas eléctricas conectadas.

Hay mucha literatura que describe teóricamente una turbina de gas, pero haber quien se anima a simularlo en Matlab/Simulink? … sería un interesante tema de investigación de pre o post grado.

El recuperador lo que hace es recuperar parte de la energía contenida en los gases de escape para calentar indirectamente otro fluido como aire o agua, con destino a usuarios finales residenciales o industriales.

Espero que esta información sea de interés y ya saben que comentarios, sugerencias, preguntas o pedidos de asesoramiento, clases, tutoriales, etc… me escriben.

Casi lo olvide, como sabrán algunos, las turbinas de gas cumplen el ciclo Brayton…


A medida que voy construyendo este blog, he tenido la experiencia de encontrar información que puede ser de interés para tu trabajo, estudios, trabajos de investigación, para el beneficio de tu casa, etc.

Se trata de equipos, manuales, sugerencias, instaladores, software que tiene relación con este blog y que gusto te lo doy a saber para que le hagas click en el enlace siguiente:

Te recomiendo visitar:  http://www.panaderiatradicion.com/jmirez_recomienda.htm

Espero que sea de tu interés y ayuda.


Hola estimados vivistantes…

En Plimus iré colocando cada uno de los programas que he presentado en este blog… para que lo adquieran todos los itnteresados.

Los enlaces se irán colocando desde cada entrada respectiva de este blog…


Gracias a todos nuestros visitantes que durante el mes de Febrero han hecho posible superar el máximo histórico anterior de Diciembre del año 2010.

Casi hemos llegado a 3400 hits.

Les invito a visitar los otros blogs que aparecen en la sección de enlaces.

Asi como a quienes desean llevar curso de matlab o que les oriente en el desarrollo de algun tema en especial… escribanme please.

Esperamos este mes de marzo más visitas y que también mas personas se pongan en contacto conmigo desde todas las latitudes y longitudes…

Un fuerte saludo y abrazo desde Lima PERU


En la presente entrada observan una microturbina esquemàticamente. El autor de la figura ha hecho un cálculo de las eficiencias que se dan en cada parte del equipo.

Es parecida a la entrada anterior, sólo que adicionalmente han considerado un calentador de agua que se aprovecha de los gases de combustiòn que provienen de la turbina de gas.

Estos ciclos termodinàmicos se estudian en lápiz y papel, lo mismo que sus cálculos, pero el desarrollar software que permita hacer los cálculos en mayor cantidad y fácilmente adaptarse a una nueva configuración de la microturbina, ayuda mucho al diseñador como al profesional y estudiante a comprender mejor estos procesos. Es por ello lo importante que es la simulaciòn y el modelamiento, no es necesario llegar a construir el equipo, cosa que resulta cara y en algunas situaciones imposible, pero bien podemos programar y al menos dar un primer sentido a lo que se hace. Un tema interesante, si desean modelar y simular, favor contactar.


Hola, a veces resulta un tanto dificil hacer la traducción, a este equipo se llama MICROTURBINA. Como verán el equipo ya contiene su generador, es por ello que lo hemos colocado como central eléctrica.

Veamos el proceso, el aire ingresa forzado por el compresor, luego pasa por un intercambiador de calor (se aire ingresante se calentado por los gases de combustión) para luego ir a una cámara de combustión, la expasiòn de los gases ocurre en la turbina de gas y luego los gases residuales pasan al intercambiador de calor para el calentamiento del aire fresco ingresante. La turbina de gas acciona un generador y que en éste mismo eje se acciona también la turbina.

Estos sistemas también se utilizan actualmente en lo que se refiere a la microgeneración de electricidad… ya que son equipos pequeños, de fácil instalacion y funcionamiento… de hecho que no son tan sencillos en el mantenimiento, dado que tiene elementos de alta tecnología como la misma turbina de gas y hay partes del equipo que funcionan a alta velocidad de rotaciòn y otras con altas temperaturas.

Estos modelos se pueden simular también en Simulink y Matlab… completos o si es el deseo, quizás modelar bien una parte del proceso o del equipo.