Revista Técnica “energía”
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Simulación de Mallas de Puesta a Tierra Utilizando el Método de los Elementos Finitos en Tres Dimensiones
Get PDFThis paper presents the simulation of grounding systems using the finite element method FEM. The simulation is carried out with different geometric scenarios, material resistivity, current values, and places through which the current will enter the grounding grid. The FEM method is used in three dimensions using ANSYS as the simulation software.
To validate the simulation, a real scale prototype of an earthing mesh in an electrolytic tank is used. Both the simulation and the real model are subjected to the same conditions.
Then 16 study cases are simulated to compare the voltage profiles simulated. All these results allow to analyze and discuss the qualities of the geometric configuration of the grid in different scenarios. The objective of this project is to generate applicable knowledge for the design of a grounding system and to evaluate results such as step voltage, touch voltage, and GPR or maximum potential rise.Este artículo presenta la simulación de sistemas de puesta a tierra utilizando el método de elementos finitos FEM. La simulación se realiza con diferentes escenarios geométricos, resistividad del material, valores de corriente y lugares por donde se inyecta la corriente a la malla de puesta a tierra. El método de FEM se utiliza en tres dimensiones utilizando ANSYS como software de simulación.
Para validar el modelo de simulación se utiliza un prototipo a escala real de una malla de puesta a tierra en un tanque electrolítico. Tanto la simulación como el modelo real están sujetos a las mismas condiciones.
Luego se simulan 16 casos de estudio para comparar los perfiles de voltaje simulados. Todos estos resultados permiten analizar y discutir las cualidades de la configuración geométrica de la malla en diferentes escenarios. El objetivo de este proyecto es generar conocimiento aplicable para el diseño de un sistema de puesta a tierra y evaluar resultados como voltaje de paso, voltaje de contacto y GPR o aumento de potencial máximo
Diseño de un Sistema Fotovoltaico Conectado a la Red en el Bloque B de la Universidad Técnica de Cotopaxi
Get PDFThis research study quantified the amount of energy that a photovoltaic system connected to the grid can supply to the facilities of the engineering faculty of the Technical University of Cotopaxi, with the purpose of reducing the billing of the electric service.
In the study the global radiation was collected for the period of one year, data that helped determine the solar potential of the institution. The highest average irradiation was presented in November with a value of 5.4 kW∙h/(m2∙day) and maximum average irradiance of 931 W/m2 at 1:00 pm.
The weekly demand for the facilities of the faculty of engineering was estimated with the Fluke 435 series II Analyzer, which recorded a maximum average power of 35.11 kW on Wednesday at 18:00 h. In addition, at 1:00 p.m. on Thursday where the highest irradiance was found, it measured an average value of 29.88 kW. The photovoltaic generator has 66 solar panels, whose installed capacity is 26.4 kW divided into two groups: 14.4 kW and 12 kW, respectively located on the roof of the building in a free area of 573.47 m2. In this way, the system annually could deliver 30336 kW∙h to the institution, at the same time; avoid the emission of 18.42 tons of CO2 per year.
Finally, in the financial study of the project with an investment of 83,290.88 USD, three scenarios were considered; the second being the best option, when the price of electricity is 0.6812 USD/kW∙h. This implies having an annual income of 21,078.37 USD, a net present value of 116,363.42 USD, internal rate of return of 24.07% and benefit/cost ratio of 2.28.El presente proyecto de investigación cuantificó la cantidad de energía que un sistema fotovoltaico conectado a la red, puede suministrar al bloque B de la Universidad Técnica de Cotopaxi, con el propósito de disminuir la facturación del servicio eléctrico.
En el proyecto se recolectó la radiación global por el periodo de un año, datos que ayudaron a determinar el potencial solar de la institución. La mayor irradiación promedio presentada fue en noviembre con un valor de 5,4 kW∙h/(m2∙día) e irradiancia media máxima de 931 W/m2 a la 1:00 pm.
La demanda semanal del bloque académico B fue estimada con el Analizador Fluke 435 series II, mismo que registró una potencia promedio máxima de 35,11 kW el día miércoles a las 18:00 h. Además, a la 1:00 pm del jueves donde se encontró la mayor irradiancia, midió un valor medio de 29,88 kW. El generador fotovoltaico cuenta con 66 paneles solares, cuya capacidad instalada es de 26,4 kW dividida en dos grupos: 14,4 kW y 12 kW, respectivamente ubicados sobre la azotea del edificio en un área libre de 573,47 m2. De esta manera, el sistema podría entregar anualmente 30336 kW∙h a la institución, a la vez; evitar la emisión de 18,42 toneladas de CO2 al año.
Finalmente, en el estudio financiero del proyecto con una inversión de 83.290,88 USD, se consideró tres escenarios; el segundo la mejor opción, cuando el precio de la energía eléctrica es de 0,6812 USD/kW∙h. Esto implica tener un ingreso anual de 21.078,37 USD, un valor actual neto de 116.363,42 USD, tasa interna de retorno del 24,07% y relación beneficio/costo de 2,28
Adecuaciones al Modelo de Relé de Distancia (ANSI tipo 21) de ATPDraw para Viabilizar el Análisis del Desempeño Dinámico de esta Protección en Esquemas de Apertura y Recierre Monopolar para Líneas de Transmisión
Get PDFThis paper analyzes the distance relay (ANSI type 21) dynamic performance in presence of single line to ground faults followed by single pole trip andreclosing, applied to Electrical Power System (SEP) referred to thought adaptations to the distance relay model available in the Alternative Transients Program (ATP) software. Due to the relay model 21 available in ATP-library does not have a failed phase identifier, adjustments have been made to the model to operate in a single phase manner; the main change occurs in their comparator. The relay model developed is implemented within a primary protection scheme for one of the two transmission lines that link to two substations of the test SEP, where it is sought to analyze the dynamic performance of the relay against two different line models, a pi model; which is commonly used by programs dedicated to the configuration and coordination of protections, and a JMarti line model, which considers the nature of distributed parameters and frequency dependence. In both cases, the impedance trajectory seen by the relays 21 is analyzed and in addition, thought the development of an algorithm, the performance of the special function of distance relay called Power Swing Blocking (PSB) is simulatedEl presente trabajo analiza el desempeño dinámico del relé de distancia (ANSI tipo 21) ante la ocurrencia de fallas monofásicas seguidas de apertura y recierre monopolar, aplicado a un sistema eléctrico de potencia (SEP) de prueba mediante adecuaciones al modelo de relé de distancia disponible en el software Alternative Transients Program (ATP). Debido a que el modelo de relé 21 disponible en la biblioteca de ATP no dispone de un identificador de fases falladas, se ha realizado adecuaciones al modelo para que opere de manera monofásica; el principal cambio se da en su comparador. El modelo de relé desarrollado es implementado dentro de un esquema de protección primaria para una de las dos líneas de transmisión que enlazan a dos subestaciones del SEP deprueba, donde lo que se busca es analizar el desempeño dinámico del relé frente a dos diferentes modelos de líneas, un modelo pi; el cual es utilizado comúnmente por programas dedicados a la configuración y coordinación de protecciones, y un modelo de línea JMarti, el cual considera la naturaleza de los parámetros distribuidos y la dependencia a la frecuencia. Para ambos casos se analiza la trayectoria de la impedancia calculada por los relés 21 y además,mediante el desarrollo de un algoritmo, se simula la actuación de la función especial perteneciente al relé de distancia llamada Bloqueo por Oscilación de Potencia (PSB por sus siglas en inglés)
Análisis Nodal para determinar el punto óptimo de operación entre producción de petróleo y producción de GLP, maximizando el recurso energético de la Estación de producción de Petróleo, Aguarico
Get PDFThe production of oil in Ecuador has involved for several years the burning of associated gas without it being delivered in its entirety to the entity responsible for transforming it into products such as LPG and natural gasoline. Consequently, there is an energy loss in the process that leads to an economic loss for the state. Therefore, this study presents the necessary methodology to simulate the optimal operating condition in the production separators of the Aguarico Process Central, which represents the maximum economic gain from the commercialization of oil and liquefied gas, optimizing the resource energetic. For the development of the study, the Aspen Hysys® and PIPESIM software are used, which together with the information provided by Petroamazonas EP, allow simulating the current field operating condition to subsequently perform a sensitivity analysis on the operating pressure of the separator and its effect on gas and oil flows. Although, as the operating pressure of the separator increases, the flow of oil and gas decreases, the study shows that there is a point that maximizes the monetary gain related to the commercialization of oil and liquefied gas, and even, it represents the limit of gas collection at the compressor inlet that directs the flow to the Shushufindi Industrial Complex (CIS). The modification of the current pressure set to a value of 29 psig would lead to an increase of 11 936,26 asociado a la comercialización de petróleo y GLP por día de operación. Del mismo modo, se reduce la cantidad de gas asociado que se envía a las antorchas, generando un menor efecto de contaminación por combustión
Validación e Identificación de Modelos de Centrales de Generación Empleando Registros de Perturbaciones de Unidades de Medición Fasorial, Aplicación Práctica Central Paute - Molino
Get PDFThe planning and operation of power systems are commonly based on a series of analyzes that include the use of dynamic and steady state simulations. In this sense, modeling a power system with adequate detail is a fundamental requirement for applications that rely on an accurate prediction of the dynamic response of the system, such as, for example, the design and evaluation of systemic protection schemes (SPS), area separation schemes, tuning of power system stabilizers (PSS), among others. On this basis, it is logical to ask: if the models are unable to represent, within an acceptable margin of error, the phenomena observed in the SEP, how can we rely on the results of studies carried out based on these models? Considering the extreme importance of having a properly validated model, the objective of this work is to develop a computational tool and to structure a methodology for the Power Plant Model Validation (PPMV), and for the identification of their main control systems parameters using the software-in-the-loop (SIL) functionality implemented through the mean-variance mapping optimization (MVMO) heuristic algorithm in DIgSILENT PowerFactory, which allows comparing the results of the simulations with records obtained from phasor measurement units (PMUs), of events or disturbances occurred in a power system.La planificación y operación de los sistemas de potencia son comúnmente basadas en una serie de análisis que comprenden el uso de simulaciones dinámicas y en estado estacionario. En este sentido, modelar un sistema de potencia con un adecuado detalle es un requerimiento fundamental para las aplicaciones que se basan en una predicción precisa de la respuesta dinámica del sistema, como, por ejemplo, el diseño y evaluación de esquemas de protección sistémica (SPS), esquemas de separación de áreas, la sintonización de estabilizadores de sistemas de potencias (PSS), entre otros. Sobre esta base, resulta lógico preguntarse: si los modelos no representan, dentro de un margen de error aceptable, los fenómenos observados en el SEP, ¿cómo podemos confiar en los resultados de los estudios ejecutados con base en estos modelos? Considerando la extrema importancia de disponer de un modelo adecuadamente validado, el objetivo de este trabajo es desarrollar una herramienta computacional y estructurar una metodología para la Validación e Identificación de los modelos de Centrales Eléctricas (PPMV, por sus siglas en ingles), y de sus principales sistemas de control utilizando la funcionalidad software-in-the-loop (SIL) implementada mediante el algoritmo heurístico de optimización de mapeo media-varianza (MVMO, por sus siglas en inglés) en DIgSILENT PowerFactory, el cual permite comparar los resultados de las simulaciones con registros obtenidos de unidades de medición fasorial (PMUs, por sus siglas en ingles), de eventos o perturbaciones ocurridos en un sistema de potenci
Análisis de sensibilidad para la determinación de curvas características de tiempos muertos vs potencia de transferencia aplicados a líneas de transmisión
Get PDFFor the transmission of large electric power blocks to large lengths, Extra High Voltage systems are a good alternative, where the elements that make up the transmission system must be designed in such a way that they offer high reliability and availability during their operation. In this context, it is necessary to perform a proper single-phase autoreclosure, determining the power transmission capacity and the reclosure dead time in the event of single-phase line-to-ground failure considering a single-phase opening and reclosing scheme and Transient Stability of the system. In this sense, this research proposes a methodology to determine characteristic curves corresponding to dead time vs active power of transfer that guarantee a maximum transfer of active power through the transmission lines, and transient stability due to failure, opening and single-phase reclosing events. These characteristic curves will make it possible to decide, from the point of view of transient stability, the most suitable value for adjusting the single-phase reclosing dead time and the dispatched power of the generation central.Para la transmisión de grandes bloques de energía eléctrica a grandes longitudes, sistemas de Extra Alto Voltaje constituyen una buena alternativa, donde los elementos que conforman el sistema de transmisión deben ser diseñados de tal manera que ofrezcan una alta confiabilidad y disponibilidad durante su operación. En este sentido, es necesario realizar un adecuado autorecierre monofásico, determinando la capacidad de transmisión de potencia eléctrica y el tiempo muerto de recierre ante eventos de falla monofásica línea – tierra considerando un esquema de apertura y recierre monofásico y la estabilidad transitoria del sistema. Este trabajo propone una metodología para determinar curvas características correspondientes a tiempo muerto vs potencia activa de transferencia que garanticen una máxima trasferencia de potencia activa a través de las líneas de transmisión, y estabilidad transitoria ante eventos de falla, apertura y recierre monofásico. Estas curvas características permitirán decidir, desde el punto de vista de estabilidad transitoria, el valor más adecuado de ajuste del tiempo muerto de recierre monofásico y la potencia de despacho de la central de generació
Estimación de los Parámetros Eléctricos de una Línea de Transmisión Trifásica a Escala de Laboratorio a Partir de Mediciones de Transitorios de Voltaje
Get PDFThis article presents the estimation of the electrical parameters of a three-phase transmission line from measurements of transient voltages in a laboratory-scale model using non-linear optimization methods. The aim of the study is to be able to determine the parameters more accurately and faster compared to conventional methods. The conventional tests open circuit and short circuit were conducted on a scale model in the Laboratory of Electrical Machines at the National Polytechnic School. The parameters derived from these tests constitute the initial electrical parameters of the model. Subsequently, a transient voltage event is simulated by energizing the line by means of a switch that provides an experimental voltage signal. The signal is captured by a recording instrument for subsequent analysis. With the help of MATLAB-Simulink, the simulation of the transmission line is performed with the respective voltage transient obtained by energizing the line, with a nominal voltage and no load. In the simulation the parameters obtained in the conventional tests, the distributed parameter model of the transmission line and the transient voltage event are used. Finally, the MATLAB-Simulink Parameter Estimation optimization tool is used to tune the transmission line parameters, so the signal of the simulation resembles as close as possible to the experimental response.En este artículo se presenta la estimación de los parámetros eléctricos de una línea de transmisión trifásica a partir de mediciones de transitorios de voltaje en un modelo de laboratorio a escala utilizando métodos de optimización no lineal. El objetivo del estudio busca obtener los parámetros de forma más precisa y rápida en comparación con los métodos convencionales. Las pruebas convencionales de circuito abierto y corto circuito se realizaron en un modelo a escala en el Laboratorio de Máquinas Eléctricas de la Escuela Politécnica Nacional y se utilizaron para obtener los parámetros eléctricos iniciales del modelo. Posteriormente, se simula un evento de voltaje transitorio mediante la energización de la línea utilizando un interruptor que proporciona una señal de voltaje experimental. La señal es capturada por un instrumento de medición para su posterior análisis. Con la ayuda de MATLAB-Simulink, la simulación de la línea de transmisión se realiza con el respectivo transitorio de voltaje obtenido al energizar la línea, con un voltaje nominal y sin carga. En la simulación se utilizan los parámetros obtenidos de manera convencional, el modelo de parámetros distribuidos de la línea de transmisión y el evento de voltaje transitorio. Finalmente, se utiliza la herramienta de optimización Parameter Estimation de MATLAB-Simulink para sintonizar la señal de la respuesta experimental y la simulación
Metodología para la Planificación y Control de la Ejecución de Mantenimientos Preventivos y Correctivos de Líneas de Subtransmisión
Get PDFThe present article proposes a methodology for the planning and control of the execution of preventive and corrective maintenance of subtransmission lines through the implementation of the method of Gravity, Urgency and Trend "GUT" that will allow to define priorities for the attention of problems caused in subtransmission lines
The proposal of the types of maintenance in subtransmission lines is also shown, according to the information available from the ARCONEL, the infrastructure of the electricity sector referring to subtransmission lines and a catalog of causes of interruptions are identified, the responsibilities of the operation and maintenance of subtransmission lines both in the Quito Electric Company and in the Central North Regional Electric Company as well as the maintenance activities carried out in the subtransmission lines.El presente artículo propone una metodología para la planificación y control de la ejecución de mantenimientos preventivos y correctivos de líneas de subtransmisión a través de la implementación del método de Gravedad, Urgencia y Tendencia “GUT” que permitirá definir prioridades para la atención de problemas ocasionados en líneas de subtransmisión.
Se muestra además la propuesta de los tipos de mantenimiento en líneas de subtransmisión, se señala de acuerdo a la información disponible de la ARCONEL la infraestructura del sector eléctrico referente a líneas de subtransmisión y un catálogo de causas de interrupciones, se identifican también las responsabilidades de la operación y mantenimiento de líneas de subtransmisión tanto en la Empresa Eléctrica Quito como en la Empresa Eléctrica Ambato Regional Centro Norte así como las actividades de mantenimientos que se realizan en las líneas de subtransmisión
Diseño de un Sistema de Monitoreo de Vibraciones Mecánicas en Generadores Hidroeléctricos de Media Potencia
Get PDFThe objective of the research was to develop a methodology aimed at monitoring and forecasting the actual condition in a medium power hydroelectric generator. The proposed procedure was based on the continuous monitoring of the energy behavior of the vibration signals, using accelerometers with output proportional to the general speed vibration level. The variable considered is the RMS value of the vibration velocity referred to the amount of fatigue stress. Through virtual instrumentation the signals were processed and converted into a numerical value, defining the upper and lower limits for each of the critical zones (A, B, C, D) according to the parameters described in the standard STN ISO 10816. Measurements and historical records were made during 3 weeks, during that evaluation period the generator operated at 80 % of its capacity, and a wave spectrum with a constant trend was displayed within the same range of values from 0.21 and 1.79 mm/s (for the axial axis) and 0.39 and 2.23 mm/s (for the radial axis), it was concluded that these do not exceed the RMS value of the range 0.71 and 2.80 mm/s. Defining that the actual state of the rotary machine is currently within the criticality limits of zone A (new or reconditioned machine), due to the fact that the generation group was subjected to maintenance work two years ago, where several elements of the equipment were repaired, in which the change of impellers and the replacement by a turbine with a greater number of blades stands out, guaranteeing at least one normal operation in this zone during the next 6 years.El objetivo de la investigación fue elaborar una metodología dirigida al monitoreo y pronóstico de la condición real en un generador hidroeléctrico de media potencia. El procedimiento propuesto se basó en el monitoreo continuo del comportamiento energético de las señales de vibración, usando acelerómetros con salida proporcional al nivel de vibración de velocidad general. La variable considerada es el valor RMS de la velocidad de vibración referencial a la cantidad de estrés por fatiga. A través de instrumentación virtual fueron procesadas las señales y convertidas en un valor numérico, definiendo los límites superiores e inferiores para cada una de las zonas críticas (A, B, C, D) según los parámetros descritos en la norma STN ISO 10816. Se efectuaron mediciones y registros históricos a lo largo de 3 semanas, durante ese período de evaluación el generador operó a un 80 % de su capacidad, y se visualizó un espectro de onda con tendencia constante dentro de un mismo rango de valores que oscilan entre 0.21 y 1.79 mm/s (para el eje axial) y 0.39 a 2.23 mm/s (para el eje radial), se concluyó que estos valores no sobrepasan el valor RMS del rango 0.71 y 2.80 mm/s. Definiendo que el estado real de la máquina rotativa en la actualidad está dentro de los límites de criticidad de la zona A (máquina nueva o reacondicionada), debido a que el grupo de generación hace dos años atrás fue sometido a trabajos de mantenimiento, donde se reparó varios elementos del equipo, en los que destaca el cambio de rodetes y la sustitución por una turbina con mayor cantidad de álabes, garantizando al menos una operación normal en esta zona durante los siguientes 6 años
Modelos de optimización matemática aplicables al sector downstream y midstream del petróleo. Revisión de la literatura y dirección de investigaciones futuras
Get PDFThis article resumes a literature review about Integer Linear and No-linear programming models (MILP and MINLP) applied to petroleum supply chain, especially for Downstream and Midstream sectors. These sectors work in the hydrocarbons’ production, tailored and distribution for final uses, such as intermediate distillates and LPG. The aim of this research is contrast different research articles of operations research, especially which considered multiproduct pipeline transport. The main aim of this article has focused on a future approach of research for petroleum supply chain in the Downstream and Midstream sectors. Of the articles analyzed, the 32 articles tailored a MILP, about of 26 tailored a fuel`s distribution structure in Downstream sector. There is not evidence of MILP and MINLP researched in Ecuador. Finally, discuses about futures lines of research in this topic, such as applied a MILP for operative programing in multi-products pipelines network of Ecuador’s petroleum supply chain. Tools that in the future will lead take effectives decisions a tactic and operative level, considered whole variables in the distributions multi-products pipelines network for satisfied the demand.Este artículo presenta una revisión de la literatura sobre los modelos de Programación Lineal y No lineal de Enteros Mixtos (MILP y MINLP, respectivamente por sus siglas en inglés) aplicados a la cadena de suministros del petróleo crudo, especialmente en el sector downstream y midstream. Los cuales se encargan de la producción, preparación y distribución de hidrocarburos de uso final como gasolina, diésel, jet y gas licuado de petróleo. El objetivo de esta investigación es comparar varios trabajos de investigación de operaciones, especialmente los que consideran el transporte de multi productos en una misma línea.
El articulo tiene el enfoque principal de realizar un planteamiento de la dirección futura de la investigación para la cadena de suministro del petróleo en los sectores downstream y midstream. De todos los artículos analizados los 32 generan un modelo MILP, de los cuales 26 modelan la estructura de distribución de combustibles en el sector downstream, no existe evidencia de trabajos de investigación de modelos MILP o MINLP desarrollados en el Ecuador. Finalmente, se discute futuras líneas de investigación referente a esta temática como la aplicación de MILP para la programación operativa de la red de la cadena de suministros del petróleo en el Ecuador. Herramienta que a futuro permitirá la toma de decisiones de nivel táctico y operativo de manera efectiva, considerando todas las variables de la red de distribución de combustibles para satisfacer una demanda prevista