Revista Técnica “energía”
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Validación de un Prototipo de Medidor de Energía Trifásico como Apoyo para una Auditoría Energética
Get PDFThe increase in companies and the incessant productive growth of the different economic sectors have increased programs that contribute to the sustainable consumption of electrical energy, all in order to foster a culture of savings.
The use of standardized and calibrated tools is essential, with a constant monitoring of the various electrical parameters of the industry can be done.
The prototype has a STM32F7 as a microcontroller system for digital signal processing in real time, as well as the choice of voltage and current sensors for its correct functionality.
The prototype can rival with commercials meters since its range error in tests is minimal, being thus an error of 4.73, 8.82 and 3.08 % in active power of 2.05, 0.97 and 1.79% in apparent power and 7.69, 5.85 and 14.29% in reactive power.
With the results obtained, we conclude that the prototype is applicable, this being a viable and economical option for an energy audit, limited only by the number of prototypes that can be created for a possible solution for its application.El aumento de empresas y el incesante crecimiento productivo de los diversos sectores económicos han acrecentado programas que contribuyen al consumo sostenible de la energía eléctrica, todo esto con el fin de promover una cultura de ahorro.
El uso de herramientas normadas y calibradas es esencial, con ellas se puede realizar un monitoreo constante de los diversos parámetros eléctricos de la industria.
El prototipo cuenta con una STM32F7 como sistema microcontrolado para el procesamiento digital de señales en tiempo real, asimismo, la elección de sensores de voltaje y corriente para la correcta funcionalidad del mismo.
El prototipo puede rivalizar con medidores comerciales puesto que su rango de error en pruebas es mínimo, siendo así que se tienen un error de 4.73, 8.82 y 3.08 % en potencia activa de 2.05, 0.97 y 1.79 % en potencia aparente y 7.69, 5.85 y 14.29 % en potencia reactiva.
Con los resultados obtenidos se concluye que el prototipo es aplicable, siendo este una opción viable y económica para una auditoría energética, limitado solamente por la cantidad de prototipos que se pueden crear para una posible solución de aplicación del mismo
Análisis de los factores que intervienen en el envejecimiento prematuro de las baterías de ion-litio mediante modelo teórico validado en laboratorio
Get PDFThis article presents a quantitative analysis of the variables that affect the premature aging of lithium-ion batteries.
For this purpose, first the validation of a theoretical model developed in Matlab-Simulink is carried out by comparing the behavior of its parameters of interest with respect to a real system implemented in the laboratory. For this, parameters such as the characteristics of the cells and the environmental conditions are considered in both cases.
Subsequently, once the simulation tool has been validated, load and unload cycles are performed on the model implemented in Matlab-Simulink. As part of the process, tests are carried out considering different temperatures, charge / discharge rates, and different discharge depths, with the aim of determining the impact of these parameters on the useful life of lithium-ion batteries.
The final section of the document presents the results of the experiment where, among other aspects, the influence of ambient temperature on the deterioration of lithium-ion batteries, as well as the impact of a charge / discharge process of cells studied with high levels of electrical current.Este artículo presenta un análisis cuantitativo de las variables que repercuten en el envejecimiento prematuro de las baterías de ion-litio.
Para este cometido, primero se realiza la validación de un modelo teórico desarrollado en Matlab-Simulink mediante la comparación del comportamiento de sus parámetros de interés respecto a un sistema real implementado en laboratorio. Para ello se consideran parámetros como las características de las celdas y las condiciones ambientales en ambos casos.
Posteriormente, una vez validada la herramienta de simulación, se realizan ciclos de carga y descarga en el modelo implementado en Matlab-Simulink. Como parte del proceso se realizan pruebas considerando diferentes temperaturas, tasas de carga/descarga, y diferentes profundidades de descarga, esto con el objetivo de determinar la repercusión de estos parámetros en la vida útil de las baterías de ion-litio.
En la sección final del documento se presentan los resultados del experimento donde se expone, entre otros aspectos, la influencia de la temperatura ambiente en el deterioro de las baterías de ion-litio, así como, el impacto de un proceso de carga/descarga de las celdas estudiadas con altos niveles de corriente eléctrica.
Este artículo presenta un análisis cuantitativo de las variables que repercuten en el envejecimiento prematuro de las baterías de ion-litio.
Para este cometido, primero se realiza la validación de un modelo teórico desarrollado en Matlab-Simulink mediante la comparación del comportamiento de sus parámetros de interés respecto a un sistema real implementado en laboratorio. Para ello se consideran parámetros como las características de las celdas y las condiciones ambientales en ambos casos.
Posteriormente, una vez validada la herramienta de simulación, se realizan ciclos de carga y descarga en el modelo implementado en Matlab-Simulink. Como parte del proceso se realizan pruebas considerando diferentes temperaturas, tasas de carga/descarga, y diferentes profundidades de descarga, esto con el objetivo de determinar la repercusión de estos parámetros en la vida útil de las baterías de ion-litio.
En la sección final del documento se presentan los resultados del experimento donde se expone, entre otros aspectos, la influencia de la temperatura ambiente en el deterioro de las baterías de ion-litio, así como, el impacto de un proceso de carga/descarga de las celdas estudiadas con altos niveles de corriente eléctrica
Caracterización y simulación de fenómenos dinámicos relacionados con la actuación de un horno de arco eléctrico conectado al sistema eléctrico de potencia de Ecuador
Get PDFThe operation of electric arc furnaces (EAF) causes variations in the electrical variables, such as: active and reactive power, voltage and frequency. These variations are related to the proper operation of the EAF that produces a highly intermittent consumption, which makes it a special load. This work presents a methodology for the analysis and interpretation of the data recorded by the SCADA/EMS system and the wide area monitoring system WAMS, during the operation of an EAF connected to the electric power system (EPS) of Ecuador. The purpose of this analysis is to characterize the disturbances through the electrical variables frequency, voltage, active and reactive power, measured in the most sensitive substation to the EAF operation. To this aim, a multivariate data analysis is performed based on Empirical Orthogonal Functions EOF, together with intelligent classifiers. In addition, an EAF model is proposed for electromechanical transient simulation, which is based on a pulse-width modulation PWM train, affected by a noise signal with a parameterizable frequency. Both the proposed methodology for characterizing the performance of the EAF through records, and the proposed model show promising results regarding the post-operative evaluation and operational planning of the impact of an EAF operation in the EPSLa operación de los hornos de arco eléctrico (EAF) causa variaciones en las variables eléctricas, como son: potencia activa, reactiva, voltaje y frecuencia. Estas variaciones se deben al funcionamiento propio del EAF que produce un consumo altamente intermitente, lo que lo hace una carga especial. Este trabajo presenta una metodología para el análisis e interpretación de los datos registrados por el sistema SCADA/EMS y el sistema de monitoreo de área extendida WAMS, durante la operación de un EAF conectado al sistema eléctrico de potencia (SEP) de Ecuador. El propósito de este análisis es caracterizar las perturbaciones a través de las variables eléctricas frecuencia, voltaje, potencia activa y reactiva, medidas en la Subestación más sensible a la operación del EAF. Para esto, se realiza un análisis de datos multivariantes basado en Funciones Empíricas Ortogonales EOF, junto con clasificadores inteligentes. Adicionalmente, se propone un modelo de EAF para simulación de transitorios electromecánicos, el cual se basa en un tren de pulsos de ancho modulado (Pulse-width modulation PWM), afectado por una señal de ruido de frecuencia parametrizable. Tanto la propuesta metodología para caracterización de la actuación del EAF a través de registros, como el modelo propuesto muestran prometedores resultados respecto de la evaluación post-operativa y de planeamiento operativo del impacto de la operación de un EAF en el SEP
Despacho Hidrotérmico de Mediano Plazo aplicado al Complejo Hidroeléctrico Paute Integral
Get PDFIn Ecuador, hydropower exceeds 90% of electrical energy and the Paute Integral Hydroelectric Complex is the most important in electricity generation. Given the characteristics of the infrastructure of this complex, the Medium-Term Hydrothermal Dispatch (MTHD) is of utmost importance, since it would allow establishing operational rules that would undoubtedly affect the total cost of generation of the country\u27s electricity system. This is why two MTHD studies are presented: the first study is probabilistic with stochastic variables for the inflows to the complex\u27s dams and for the load to be served. This study is compared with a second model proposed by the author, which is based on finding daily optimal levels for each dam under analysis by performing a daily simulation of the system. When comparing the two models, in terms of operational rules they are entirely coincident; however, in terms of energy produced by Paute Integral Complex, the second model, with a higher level of detail, and through effective coordination of the operation between hydropower plants in cascade, manages to make better use of the water resource and consequently a higher production of the complex.En Ecuador, la energía hidroeléctrica excede el 90% de la energía eléctrica y el Complejo Hidroeléctrico Paute Integral es el más importante en generación eléctrica. Dadas las características de la infraestructura de este complejo, el despacho hidrotérmico de mediano plazo (MTHD, por sus siglas in inglés) es de gran importancia, ya que permitiría establecer reglas operativas que sin duda impactarían en el costo total de generación del sistema eléctrico del país. Es por esto que se presenta dos estudios de MTHD: el primero de tipo probabilístico con variables estocásticas para los caudales afluentes a las represas del complejo y para la carga a ser atendida. Este estudio se lo compara con un segundo modelo propuesto por el autor, el cual se basa en encontrar niveles óptimos diarios para cada represa bajo análisis realizando una simulación diaria del sistema. Al realizar la comparación de los dos modelos, en términos de reglas operativas son altamente coincidentes; sin embargo, en términos de energía producida por el Complejo Paute Integral, el segundo modelo, con mayor nivel de detalle, y mediante una efectiva coordinación de la operación entre centrales hidroeléctricas en cascada, logra aprovechar mejor el recurso hídrico y en consecuencia una mayor producción del complejo
Evaluación de la pre factibilidad para la generación de energía eléctrica mediante la sinergia entre las energías eólica y almacenamiento por bombeo de agua en la isla San Cristóbal - Galápagos
Get PDFThis document presents an investigation that aims to contribute to the mitigation of climate change, in addition to seeking energy autonomy based on Renewable Energy. For that reason, this research evaluates the prefeasibility of a renewable energy storage system based on water pumping on San Cristóbal - Galápagos Island, where there is a potential energy source located in El Junco lagoon. For this, the calculations were made based on the island\u27s demand curve during 2018, taking into account that it is desired to cover the peak of such energy demand -at night that is between 16:00h and 22:00h-. Storage tanks are calculated according to the required volume, in addition to the characteristics that the generators may have to cover that peak demand. For the return of the water used in the generation, a pumping system is calculated based on the energy obtained through the wind resource of San Cristóbal, which corresponds to 3 wind turbines -of which its power curve is analyzed together with the average speed of the wind per hour during 2018-. The energy delivered by the wind turbines to carry out the required pumping is obtained, in addition to the required characteristics of the pumps. The results demonstrate that the proposal is viable given that the demand for the night peak is covered, considering that the energy used is purely renewable.Este documento expone una investigación que tiene como objetivo aportar a la mitigación del cambio climático, además de buscar autonomía energética basándose en Energías Renovables. Por tal motivo esta investigación evalúa la prefactibilidad de un sistema de almacenamiento de energía renovable basado en bombeo de agua en la isla San Cristóbal - Galápagos, donde se tiene una fuente de energía almacenada debido a la diferencia de nivel disponible en la laguna El Junco. Se realizan los cálculos en base a la curva de demanda de la isla durante el año 2018, contando con que se desea cubrir el pico de dicha demanda de energía de la noche que se encuentra entre las 16h00 y las 22h00. Se calculan los tanques de almacenamiento de acuerdo al volumen requerido además de las características que deben tener los generadores de energía. Para el retorno del agua usada en la generación se calcula un sistema de bombeo en base a la energía obtenida por medio del recurso eólico de San Cristóbal, mismo que corresponde a 3 aerogeneradores de los cuales se analiza su curva de potencia, y junto con la velocidad promedio del viento por hora durante el año 2018, se obtiene la energía entregada por los aerogeneradores para realizar el bombeo requerido, además de las características de las bombas. Los resultados muestran que la propuesta es viable en vista de que se cubre la demanda del pico de la noche, considerando que la energía usada es netamente renovable
Eficiencia Energética en la Universidad Católica sede Azogues un enfoque de implementación técnico – económico basado en energía solar
Get PDFCurrently the high consumption of electrical energy is mostly through the use of non-renewable sources, this has caused negative effects on the environment. This article analyzes the energy consumption of an administrative block of the university campus of the Catholic University of Cuenca, Azogues Headquarters; energy efficiency proposals are presented to reduce energy consumption. From the load lifting, a monthly consumption of 35 890 KWh is recorded, which is considered high, it can be seen that the monthly invoice demand does not present significant changes for the reduction of energy consumption, as there are no polices that promote energy saving and efficient use. The maximum demand is estimated, the energy consumed for the different blocks of the institution, as well as sustainable, technical and economic sustainable energy saving measures that optimize energy consumption are evaluated. As an efficiency proposal, the change of technology in the existing luminaires was considered, as well as the use of photovoltaic solar energy, thus allowing to reduce CO2 emissions thus making the project economically viable through CDM project (Development Mechanisms Cleansed).Actualmente el elevado consumo de energía eléctrica en su mayor parte es abastecido mediante el uso de fuentes no renovables, esto ha provocado efectos negativos en el medioambiente. En el presente artículo se analiza el consumo de energía de un bloque administrativo del campus universitario de la Universidad Católica de Cuenca sede Azogues; se presentan propuestas de eficiencia energética para disminuir el consumo de energía. Del levantamiento de carga se registra un consumo mensual de 35 890 kWh, el cual se consideró elevado, se puede evidenciar que la demanda facturada mensual no presenta cambios significativos para la reducción del consumo energético, al no existir políticas que impulsen ahorro y uso eficiente de energía. Se realiza la estimación de la demanda máxima, la energía consumida para los diferentes bloques de la institución al igual que se evalúan medidas de ahorro energético sustentables, técnicas y económicas que lleguen a optimizar el consumo de energía. Como propuesta de eficiencia se consideró el cambio de tecnología en las luminarias existentes, así como el uso de energía solar fotovoltaica, permitiendo de esta forma reducir las emisiones de CO2 logrando así que el proyecto sea viable económicamente a través de proyectos MDL (Mecanismos de Desarrollo Limpio)
Aplicación de la Simulación de Montecarlo para el Análisis de la Implementación de Estaciones de Carga Rápida para Vehículos Eléctricos en la Provincia de Galápagos
Get PDFThis is a review of applicable national and international standards for electric vehicles, to establish minimum requirements and technical parameters for the implementation of fast charging stations in the Galapagos Islands.
Based on the information of electrical energy production, vehicles demand and power demand in Galapagos, a simulation of Montecarlo is carried out, considering parameters such as hour of charge probability, battery charge percentage, and charging curves of existing electric vehicles on the islands, thus determining the required demand in two cases of study. The first, the replacement of diesel buses by electric buses; the second, the replacement of vehicles of the type: bus, SUV and sedan.
The analysis of the results from the Montecarlo simulation determines which of the study cases has a mayor impact in the maximum demand curve and the number of vehicles that cause it, for later determine the number of stations and chargers required by each station, in addition to the its location, considering the transit of the Galapagos Islands.El presente análisis parte de una revisión de normas nacionales e internacionales aplicables para vehículos eléctricos, con el fin de establecer requisitos mínimos y parámetros técnicos para la implementación de estaciones de carga rápida de vehículos eléctricos en las Islas Galápagos.
En base a información de generación de energía eléctrica, demanda vehicular y demanda de potencia en Galápagos, se realiza una simulación de Montecarlo, tomando en cuenta la probabilidad de hora de carga, porcentaje de carga en el que se encuentra la batería y curvas de carga de vehículos eléctricos existentes en las islas, así se determina la demanda requerida, considerando dos casos de estudio. El primero, el reemplazo de autobuses a diésel por autobuses eléctricos; el segundo, el reemplazo de vehículos clase: autobús, SUV y automóvil.
Los resultados del análisis de demanda proveniente de la simulación determinan qué caso de estudio tiene mayor impacto sobre la curva de demanda máxima y el número de vehículos que lo provoca, para posteriormente determinar el número de estaciones y cargadores requeridos por cada estación de carga, además de la ubicación de estas, considerando el tránsito de las islas Galápagos
Propuesta metodológica para la exploración de redes de conocimiento mediante una base de datos orientada a grafos de los datos del Sistema de Gestión de Conocimiento de CENACE
Get PDFThis paper presents a methodological proposal for data exploration through graph theory, which has been applied for the capture, validation and storage of knowledge, as a practical issue in the National Electricity Operator, CENACE. For this proposal, knowledge, knowledge management, human capital management and graph theory are considered as the basis for creating a knowledge network that allows data processing, network analysis, relationships, and graphical results that allow decision-making in an effective and efficient way, optimizing resources and innovating the way of presenting results from relational databases into graphic databases. The present work applies a methodology based on graph theory and the description of the graphical structural models, which has allowed generating study models and obtaining valid and reliable results, through a Neo4j database tool, an application that allows graphing the connections found in the social data analysis. The scientific contribution of this technical work is settled on the capture of knowledge and presentation of reports that allow generating value added in terms of knowledge management, creating a competitive advantage for the Institution.Este trabajo presenta una propuesta metodológica para exploración de datos mediante la teoría de grafos, la misma que ha sido aplicada para la captura, validación y almacenamiento de conocimiento, caso práctico en el Operador Nacional de Electricidad, CENACE. Para esta propuesta, se considera el conocimiento, la gestión de conocimiento, la gestión de capital humano y la teoría de grafos como base para crear una red de conocimiento, que permita procesar datos, realizar análisis de redes, relaciones y obtener resultados gráficos que permitan la toma de decisiones de una forma eficaz y eficiente, optimizando recursos e innovando la manera de presentar resultados de bases de datos relacionales en bases de datos gráficas. La metodología que ha sido aplicada para el presente trabajo está basada en la teoría de grafos y la descripción de los modelos estructurales gráficos, lo cual ha permitido generar modelos de estudio y obtención de resultados válidos y confiables, mediante una herramienta de bases de datos Neo4j, aplicativo que permite graficar las conexiones encontradas en el análisis de datos sociales. La contribución científica de este trabajo técnico radica en la captura de conocimiento y presentación de reportes que permitan generar valor agregado en cuanto a la gestión del conocimiento, creando una ventaja competitiva para la Institución
Desarrollo de una Aplicación Informática para la Calibración y Coordinación del Relevador de Sobre Corriente 50/51
Get PDFIn the present work, it was developed a computer application for the coordination and calibration of the 50/51 over-current relays for radial systems. Through this application the graphs of the relays curves were observed modifying the input variables such as Tap Current (51) and Instantaneous Current (50), TCs, Types of Curves and their Dial for each one of them, in order to calibrate and coordinate the protections between curves by means of the time of action between the Relays in the program Coordination of Protection of electrical overcurrent (CPSElectric) developed by means of the programming tool Matlab r2019a, one of the applications incorporated in this platform, the App Designer, is being used this is one of the new programming options in Matlab r2019a that allows us to reduce the time of interface development and the ease of application design, for which we can make the program more interactive at the time of its use since it is focused to be part of the electrical protection laboratory of the Technical University of Cotopaxi improving the students\u27 learning when discussing the 50/51 over current protection, allowing to obtain the visualization of results such as the operation times of the instantaneous currents (50) and their operation margin time between curves in a graphic way to guarantee the results was based on different standardized norms such as IEEE Std C37. 112-2018 "Standard for inverse time characteristic equations for overcurrent relays" and IEC 60255-3 "Measurement and protection equipment relays.En el presente trabajo se realizó el desarrollo de una aplicación informática para la coordinación y calibración de los relevadores de sobrecorriente 50/51 para sistemas radiales, mediante esta aplicación se llegó a observar las gráficas de las curvas de los relevadores modificando las variables de entrada como son Corriente del Tap (51) y Corriente del Instantáneo (50), TCs, Tipos de Curvas y su Dial para cada una de ellas, con el fin de calibrar y coordinar las protecciones entre curvas mediante el tiempo de actuación entre los Relevadores, en el programa Coordinación de Protección de sobrecorriente eléctrica (CPSElectric) desarrollado mediante la herramienta de programación Matlab r2019a, que se usó una de las aplicaciones incorporadas de esta plataforma como es la App Designer siendo está una de las nuevas opciones de programación en Matlab r2019a que permite reducir el tiempo de desarrollo de interfaces y la facilidad del diseño de las Aplicaciones para lo cual nos permite que el programa sea más interactivo a la hora de su uso ya que está enfocado para formar parte de laboratorio de protecciones eléctricas de la Universidad Técnica de Cotopaxi mejorando el aprendizaje de los estudiantes a la hora de debatir sobre las protección de sobrecorriente 50/51, permitiendo obtener la visualización de resultados como son los tiempos de operación de las corrientes del Instantáneo (50) y su tiempo de margen de operación entre curvas de forma gráfica para garantizar los resultados se basó a diferentes normas estandarizadas como son la IEEE Std C37.112-2018 “Estándar para ecuaciones de características de tiempo inverso para relés de sobrecorriente” y la IEC 60255-3 “Relés de medidas y equipos de protección.
Modelación Matemática de los Sistemas de Control de Velocidad de Unidades de la Central Hidroeléctrica Coca Codo Sinclair
Get PDFIn the present study, a process for modeling and validation of parameters of the speed control system, governor and turbine, from the generation units of Coca Codo Sinclair hydroelectric power plant was developed. For this purpose, the potentiality of DIgSILENT PowerFactory software is used to implement the transfer function blocks. Subsequently, the model is validated through parameter identification using the heuristic algorithm mean-variance mapping optimization (MVMO), based on records obtained through phasor measurement units (PMU) of a real-time event that occurred in the National Interconnected System (SNI). To develop the model in this study, three types of Pelton turbine and speed regulator models with different complexity were analyzed. The availability of a validated and tested model of the generator speed control system will guarantee sufficiently precise simulations that accurately represent the real behavior of the hydroelectric power plant, which is an important premise for making adequate decisions in relation to control and technical economic actions.En el presente estudio, se desarrolló un proceso de modelación y validación de parámetros del sistema de control de velocidad, regulador y turbina, de las unidades de generación de la central hidroeléctrica Coca Codo Sinclair. Para este propósito, se utiliza la potencialidad del software DIgSILENT PowerFactory para implementar los bloques de funciones de transferencia. Posteriormente, el modelo se valida a través de la identificación paramétrica utilizando el algoritmo heurístico de optimización mapeo de media-varianza MVMO, sobre la base de registros obtenidos a través de unidades de medición fasorial (PMU) de un evento en tiempo real que ocurrió en el Sistema Nacional Interconectado (SNI). Para desarrollar el modelo en este estudio, se analizaron tres tipos de turbina Pelton y modelos de regulador de velocidad con diferente complejidad. La disponibilidad de un modelo validado y probado del sistema de control de velocidad de generadores garantizará simulaciones suficientemente precisas que representen con minuciosidad el comportamiento real de la central hidroeléctrica, lo cual es una premisa importante para la toma de decisiones adecuadas en relación con las acciones de control y técnico económicas