Ingeniería Energética

Simulación de un filtro activo de potencia tipo shunt: un caso de estudio

RESUMEN El artículo analiza la importancia de la calidad de la energía en sistemas eléctricos modernos, especialmente debido al impacto de las cargas no lineales que generan armónicos y deterioran el factor de potencia. Se presenta a los filtros activos de potencia (FAP) como una solución eficaz para mitigar estos problemas, enfocándose en los FAP tipo shunt. Se describen los principios de funcionamiento de los FAP tipo shunt, incluyendo la detección de armónicos, la generación de corriente de compensación y la inyección en el sistema. Se examinan dos métodos de control: transformadas α-β y d-q, comparando sus ventajas, desventajas y su impacto en el rendimiento del filtro. A través de un caso de estudio simulado en Matlab/Simulink, se demuestra la efectividad de un FAP tipo shunt en la compensación de armónicos y la mejora del factor de potencia en un sistema industrial.

ABSTRACT The article analyzes the importance of power quality in modern electrical systems, especially due to the impact of nonlinear loads that generate harmonics and deteriorate the power factor. Active power filters (APF) are presented as an effective solution to mitigate these problems, focusing on shunt-type APFs. The operating principles of shunt-type APFs are described, including harmonic detection, compensation current generation, and injection into the system. Two control methods are examined: α-β and d-q transformations, comparing their advantages, disadvantages, and impact on filter performance. Through a case study simulated in Matlab/Simulink, the effectiveness of a shunt-type APF in compensating for harmonics and improving the power factor in an industrial system is demonstrated.

La percepción de riesgo aplicada al estudio de la sostenibilidad energética

RESUMEN La sostenibilidad energética es resultado de la conjugación armónica de la seguridad energética, la equidad social y la sostenibilidad ambiental. El objetivo de la investigación fué demostrar las posibilidades de estudio de la sostenibilidad energética a través de la evaluación de la percepción del riesgo considerando la relación de la energía con medioambiente. Se utilizaron dos grupos humanos, uno representante del público y otro experto en la gestión energética. Se empleó el enfoque de perfil de riesgo percibido. Los resultados demostraron la subestimación del riesgo, resaltando las diferencias de percepción entre los grupos. Los hallazgos del estudio permitieron identificar las debilidades en la formación, con un impacto más trascendente en la toma de decisiones de los gestores, mientras que, para el público posibilitó determinar correcciones para lograr apoyo y adaptación a las medidas diseñadas. Como novedad se aportó una herramienta para evaluación de riesgo subjetivo dirigida a la sostenibilidad energética.

ABSTRACT Energy sustainability is the result of the harmonious combination of energy security, social equity and environmental sustainability. The objective of the research was to demonstrate the possibilities of studying energy sustainability through the evaluation of the perception of risk considering the relationship between energy and the environment. Two human groups were used, one representing the public and the other an expert in energy management. The perceived risk profile approach was used. The results demonstrated the underestimation of risk, highlighting differences in perception between the groups. The findings of the study made it possible to identify weaknesses in training, with a more transcendental impact on the decision-making of managers, while for the public it made it possible to determine corrections to achieve support and adaptation to the measures designed. As a novelty, a tool for subjective risk assessment is provided aimed at energy sustainability.

Laboratorio remoto sobre fuentes renovables de energía en la Universidad Tecnológica de La Habana José Antonio Echeverria (CUJAE). Desarrollo y Perspectivas

ABSTRACT The integration of remote labs in renewable energy education is not yet common in Cuba due to material and knowledge limitations. The Erasmus+ project "EUBBC-Digital" has enabled their introduction in CUJAE’s Electrical Engineering program. This work addresses the generalities of the proposal and the objectives pursued by the presence of an installation of this type within the curriculum of the degree. The CUJAE Renewables energy source remote laboratory should be up and running in September this year. Having a remote laboratory will allow students to reach a new stage in their training, offering them the possibility of applying information and communication technologies to solve real problems and improve collaboration with other institutions. The paper identifies the intentions, goals and expectations of the remote lab and offers the opportunity for teachers and students from other countries to collaborate.

RESUMEN La integración de laboratorios remotos en la educación sobre energías renovables aún no es común en Cuba, debido a limitaciones materiales y de conocimiento. El proyecto Erasmus+ "EUBBC-Digital" ha permitido su introducción en la carrera de Ingeniería Eléctrica de la CUJAE. Este trabajo aborda las generalidades de la propuesta y los objetivos de incluir este tipo de instalación en el plan de estudios. El laboratorio remoto de la CUJAE para energías renovables entrará en funcionamiento en septiembre. Este recurso permitirá a los estudiantes alcanzar un nuevo nivel en su formación, brindándoles la posibilidad de aplicar tecnologías de la información para resolver problemas reales y mejorar la colaboración con otras instituciones. El artículo detalla las intenciones, metas y expectativas del laboratorio, además de ofrecer oportunidades de colaboración internacional para docentes y estudiantes.

Análisis del factor de Carter en sistemas diente-ranura mediante simulación FEMM y evaluación numérica con MATLAB

RESUMEN El presente estudio aborda el análisis del factor de Carter en sistemas magnéticos tipo diente-ranura, mediante un enfoque combinado de simulación numérica con el software FEMM y análisis computacional en MATLAB. Se realizaron dos tipos de comparaciones sistemáticas: en la primera, se mantuvo constante el ancho del diente, mientras que en la segunda se fijó el ancho del entrehierro y se modificó el ancho del diente. En ambos casos, se evaluó el factor de Carter utilizando tanto métodos analíticos como simulaciones numéricas. Los resultados fueron procesados y visualizados en MATLAB, permitiendo un análisis detallado de las diferencias entre ambos enfoques. Las gráficas generadas reflejan el comportamiento del flujo magnético y su sensibilidad frente a las variaciones geométricas, proporcionando así una base sólida para optimizar el diseño de máquinas eléctricas. El estudio demuestra la utilidad de integrar herramientas numéricas y analíticas para incrementar la precisión del modelado magnético.

ABSTRACT The present study addresses the analysis of the Carter factor in tooth-slot type magnetic systems, using a combined approach of numerical simulation via FEMM software and computational analysis with MATLAB. Two types of systematic comparisons were carried out: in the first, the tooth width was kept constant while the air gap width was varied; in the second, the air gap width was fixed and the tooth width was modified. In both cases, the Carter factor was evaluated using both analytical methods and numerical simulations. The results were processed and visualized in MATLAB, enabling a detailed analysis of the differences between the two approaches. The generated plots reflect the behavior of the magnetic flux and its sensitivity to geometric variations, thus providing a solid foundation for optimizing the design of electrical machines. The study demonstrates the usefulness of integrating numerical and analytical tools to improve the accuracy of magnetic modeling.

Impacto de la Inteligencia Artificial en los portadores energéticos de ETECSA

RESUMEN La interconexión de las instalaciones fotovoltaicas a los sistemas eléctricos, demanda disponer de herramientas para la predicción de la generación eléctrica. El conocimiento anticipado de la generación de potencia eléctrica permite una mejor planificación para los operadores de los parques fotovoltaicos y los del Sistema Electroenergético Nacional. Con el propósito de contribuir a la planificación de los portadores energéticos de la Empresa de Telecomunicaciones de Cuba S.A, el autor se trazó como objetivo general, el desarrollo de una herramienta basada en técnicas de inteligencia artificial en el programa Matlab, para predecir la generación eléctrica diaria del sistema fotovoltaico instalado en uno de sus Centros Telefónicosa partir de las variables meteorológicas: temperatura ambiente, humedad relativa, nubosidad, velocidad del viento e irradiancia solar. Los resultados de la red fueron validados mediante su comparación con datos experimentales, y la obtención de indicadores estadísticos considerados como buenos para este tipo de herramienta.

ABSTRACT The interconnection of photovoltaic installations to electrical systems requires tools for predicting electricity generation. Advance knowledge of electrical power generation allows for better planning for photovoltaic park operators and those of the National Electric Power System. With the aim of contributing to the planning of energy carriers for the Cuban Telecommunications Company S.A., the author's general objective was to develop a tool based on artificial intelligence techniques in the Matlab program to predict daily electricity generation from the photovoltaic system installed in one of its Call Centers based on meteorological variables: ambient temperature, relative humidity, cloud cover, wind speed, and solar irradiance. The network results were validated by comparing them with experimental data, and obtaining statistical indicators considered satisfactory for this type of tool.

Interfaz Gráfica para el análisis de pérdidas en el diseño de máquinas eléctricas

RESUMEN Este trabajo presenta una herramienta computacional interactiva desarrollada en MATLAB para el análisis de pérdidas en el hierro en máquinas eléctricas, centrada en el cálculo específico del diente del estator. Se implementó un modelo de dos términos que contempla pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas, ajustado con datos del acero M210-27A. La interfaz permite ingresar parámetros geométricos, eléctricos y materiales, calcular pérdidas específicas y totales, visualizar resultados en tablas dinámicas y gráficos, y exportar informes técnicos en formato PDF. Los resultados confirman la dependencia cuadrática de las pérdidas con la densidad de flujo y la frecuencia, siendo las corrientes parásitas predominantes a frecuencias elevadas. Esta herramienta resulta útil tanto en el diseño preliminar de máquinas eléctricas como en entornos educativos, permitiendo realizar análisis paramétricos rápidos y trazables. La validación del modelo y los resultados gráficos demuestran la precisión y aplicabilidad de la solución propuesta.

ABSTRACT This study presents an interactive computational tool developed in MATLAB for analyzing iron losses in electrical machines, with a focus on the specific calculation of stator tooth losses. A dual-term model was implemented, accounting for both hysteresis and eddy current losses, calibrated using data from M210-27A steel. The interface allows users to input geometric, electrical, and material parameters; compute specific and total losses; visualize results through dynamic tables and graphs; and export technical reports in PDF format. The results confirm the quadratic dependence of losses on magnetic flux density and frequency, with eddy current losses becoming dominant at higher frequencies. This tool is valuable for both preliminary electrical machine design and educational environments, enabling rapid and traceable parametric analyses. Model validation and graphical results demonstrate the precision and applicability of the proposed solution.

Modelado y control de un cargador inalámbrico de alta potencia usando LTspice

ABSTRACT This work presents the development and validation through LTspice simulation of a 1 kW wireless power transfer (WPT) system specifically designed for charging 48 V batteries in industrial autonomous guided vehicles (AGVs). An LCC-S resonant compensation topology was implemented in the transmitter, ensuring load-independent input impedance, zero-voltage switching (ZVS), and stable operation under load variations and coil misalignments. The receiver incorporates a synchronous buck converter with proportional-integral (PI) control that precisely regulates output voltage, achieving ripple below 0,5% and 92,3% efficiency. Simulation results demonstrate a 2 ms transient response and continuous conduction mode operation across varying load conditions. The system, fully compliant with SAE J2954 standard, eliminates physical connectors and significantly reduces maintenance requirements in industrial environments. LTspice enabled accurate circuit-level modeling, successfully validating system dynamic behavior under variable conditions and overcoming limitations of conventional simulation tools. This solution provides an efficient, robust, and practical approach for industrial WPT applications.

RESUMEN Este trabajo presenta el desarrollo y la validación a través de simulaciones en LTspice de un sistema de transferencia de energía inalámbrica (WPT) de 1 kW diseñado específicamente para cargar baterías de 48 V en vehículos guiados autónomos (AGVs) industriales. Se implementó una topología de compensación resonante LCC-S en el transmisor, asegurando una impedancia de entrada independiente de la carga, conmutación a voltaje cero (ZVS) y operación estable bajo variaciones de carga y desalineaciones de bobinas. El receptor incorpora un convertidor buck sincrónico con control proporcional-integral (PI) que regula con precisión el voltaje de salida, logrando un rizado inferior al 0,5% y una eficiencia del 92,3%. Los resultados de la simulación demuestran una respuesta transitoria de 2 ms y operación en modo de conducción continua bajo diversas condiciones de carga. El sistema, completamente conforme a la norma SAE J2954, elimina conectores físicos y reduce significativamente los requisitos de mantenimiento en entornos industriales. LTspice permitió un modelado preciso a nivel de circuito, validando con éxito el comportamiento dinámico del sistema bajo condiciones variables y superando las limitaciones de las herramientas de simulación convencionales. Esta solución proporciona un enfoque eficiente, robusto y práctico para aplicaciones industriales de WPT.

Estrategias de Fault Ride Through en fuentes renovables: Revisión bibliométrica y de literatura

RESUMEN El aumento de la participación de fuentes renovables de energía (FRE) en los sistemas eléctricos genera retos importantes para garantizar su estabilidad y operación. En este contexto, los códigos de red, en particular el requisito de capacidad de paso por falla (Fault Ride Through, FRT), condicionan el diseño y la estrategia de control de inversores y la operación de plantas renovables. Este trabajo presenta un análisis bibliométrico de 1640 publicaciones indexadas en Scopus (2006-2024) sobre estrategias de FRT aplicadas a FRE y examina, además, el Código de Red Cubano y la implementación del requisito FRT en dicho marco regulatorio. Los resultados evidencian un crecimiento exponencial de la producción científica, predominio de soluciones basadas en controles convencionales y vacíos relevantes en enfoques innovadores. Se identifican técnicas de inteligencia artificial y controles predictivos como líneas prometedoras para mejorar la resiliencia e integración fiable de la generación renovable en redes eléctricas modernas.

ABSTRACT The increased presence of renewable energy sources (RES) in electrical systems presents significant challenges regarding stability and operation. In this context, grid codes, particularly the fault ride-through (FRT) requirement, influence the design and control strategies of inverters, as well as the operation of renewable energy plants. This paper presents a bibliometric analysis of 1640 publications indexed in Scopus from 2006 to 2024 on FRT strategies applied to RES. It also examines the Cuban Grid Code and the implementation of the FRT requirement within that regulatory framework. The results reveal exponential growth in scientific production, a preference for solutions based on traditional controls, and substantial gaps in innovative approaches. Artificial intelligence techniques and predictive controls are identified as promising avenues for improving the resilience of, and reliable integration of, renewable generation into modern electrical grids.

Análisis del efecto de la instalación de 21,8 MW energía solar fotovoltaica en la Subestación Contramaestre 110/34,5 kV

RESUMEN Con el propósito de satisfacer la demanda de energía, disminuir la dependencia de los combustibles fósiles importados e incrementar la estabilidad y confiabilidad del sistema eléctrico en Cuba, se lleva a cabo un programa de desarrollo de las fuentes renovables. En este trabajo, se realiza un análisis de los impactos de la instalación de 21,8 MW energía solar fotovoltaica asociados a la Subestación Contramaestre 110/34,5 kV. Para el análisis, se caracterizó dicha subestación y los indicadores más importantes para la evaluación de su estado técnico, se analizaron posibles variantes para la asociación del parque a la subestación; resultando la más factible su la instalación a través de las líneas UU4390 y UU4395, garantizando así una operación dentro de los parámetros establecidos, mejorando los indicadores técnicos y aumentando la calidad del servicio eléctrico prestado. Con la inversión, se ahorran9098 ton/año de combustible fósil, lo que equivale a 5156 MUSD/año.

ABSTRACT In order to meet energy demand, reduce dependence on imported fossil fuels, and increase the stability and reliability of the Cuban electrical system, a renewable energy development program is being implemented. This paper analyzes the impacts of installing 21.8 MW of solar photovoltaic energy at the Contramaestre 110/34.5 kV substation. For the analysis, the substation was characterized, along with the most important indicators to assess its technical condition. Possible alternatives for connecting the wind farm to the substation were analyzed. The most viable option was installation through lines UU4390 and UU4395, thus ensuring operation within established parameters, improving technical indicators, and increasing the quality of the electrical service provided. This investment saves 9,098 tons of fossil fuels per year, equivalent to USD 5,156 million annually.

Distritos térmicos como modelo de calefacción sostenible: Un enfoque bibliométrico y una agenda de investigación

RESUMEN Los distritos térmicos son una alternativa sostenible para la generación y distribución de energía, aprovecha las fuentes de energía renovables contribuyendo a reducir el impacto ambiental y mejorar la eficiencia energetic en las ciudades. Este desarrollo enfrenta desafíos tecnológicos y de expansión, pero constituye un eje clave para la transición hacia sistemas energéticos más inteligentes y sostenibles. El objetivo de esta investigación ha sido analizar las tendencias de estudio sobre distritos térmicos y su evolución tecnológica mediante un análisis bibliométrico. Para ello, se aplicó el protocolo PRISMA a una revision sistemática de literatura científica en las bases de datos Scopus y Web of Science, identificando los países, autores y palabras clave más relevantes. Los resultados muestran que entre 2014 y 2024, China lideró la producción científica, con predominio de terminus como eficiencia energética, redes de calor e Internet de las Cosas. Se concluye que las investigaciones reflejan un crecimiento sostenido enfocado en la innovación, la sostenibilidad y la eficiencia energética.

ABSTRACT Thermal districts are a sustainable alternative for energy generation and distribution, harnessing renewable energy sources to help reduce environmental impact and improve energy efficiency in cities. This development faces technological and expansion challenges but constitutes a key axis in the transition toward smarter and more sustainable energy systems. The objective of this research was to analyze study trends on thermal districts and their technological evolution through a bibliometric analysis. To achieve this, the PRISMA protocol was applied to a systematic review of scientific literature from the Scopus and Web of Science databases, identifying the most relevant countries, authors, and keywords. The results show that between 2014 and 2024, China led scientific production, with predominant terms such as energy efficiency, heat networks, and the Internet of Things. It is concluded that the research reflects sustained growth focused on innovation, sustainability, and energy efficiency.

Almacenamiento por bombeo (PSH): Una opción necesaria

RESUMEN Se presenta un análisis de los sistemas de acumulación de energía como solución al problema de inestabilidad en el servicio eléctrico con fuentes renovables de energía. Se expone un resumen de las características de los sistemas de acumulación con baterías (BESS) como solución para compensar la inestabilidad de la generación fotovoltaica y de los sistemas de acumulación por bombeo de agua para compensar la inestabilidad en la producción de electricidad mediante las hidroeléctricas. La comparación entre ambos sistemas permite ver que la opción hidro - acumuladora por bombeo (PSH) es un pilar de crecimiento de vital importancia en la infraestructura energética moderna y juega un papel importante como tecnología de almacenamiento energético a gran escala, representando un porcentaje significativo en la capacidad mundial de almacenamiento de energía, creando capacidades de generación de electricidad y desempeñando un papel fundamental en la integración con el creciente suministro de energía solar y eólica a nivel mundial.

ABSTRACT This paper presents an analysis of energy storage systems as a solution to the problem of instability in the electricity service from renewable sources of energy. It summarizes the characteristics of battery energy storage systems (BESS) as a solution to compensate the instability of photovoltaic generation and of pumped storage systems to compensate the instability of electricity production from hydroelectric plants. The comparison between these two systems reveals that pumped storage hydroelectricity (PSH) is a vital pillar of growth in modern energy infrastructure and plays a significant role as a large-scale energy storage technology, representing a significant percentage of the global energy storage capacity, creating electricity generation capabilities, and playing a fundamental role in integrating with the growing global supply of solar and wind energy.

Aplicación del método ESDD/NSDD para evaluar contaminación en aislamientos de redes eléctricas

RESUMEN Este estudio determinó el nivel de contaminación en los aisladores eléctricos del norte de Manabí y su impacto en el sistema eléctrico, con el objetivo de reducir fallas operativas y definir el nivel de aislamiento requerido. El mismo se llevó a cabo bajo la normativa IEC 60815-1 de 2008, y establece la relación entre la densidad de depósito de sal equivalente (ESDD) y la densidad de depósito no soluble (NSDD), además, se determinó las concentraciones de las muestras mediante análisis químico. Los resultados muestran que la proximidad al mar y las condiciones ambientales locales favorecen la acumulación de contaminantes, compuestos principalmente por sales y metales (cobre, zinc y plomo). La relación ESDD/NSDD indica contaminación entre media y fuerte, permitiendo generar un mapa de contaminación de la región para trabajos futuros, concluyendo que un dimensionamiento y mantenimiento adecuados del aislamiento son esenciales para garantizar un suministro eléctrico continuo en la zona.

ABSTRACT This study determined the level of pollution on electrical insulators in northern Manabí and its impact on the electrical system, with the aim of reducing operational failures and defining the required insulation level. It was carried out under IEC 60815-1:2008 standards and established the relationship between the Equivalent Salt Deposit Density (ESDD) and the Non-Soluble Deposit Density (NSDD). Furthermore, the sample concentrations were determined through chemical analysis. The results show that proximity to the sea and local environmental conditions favor the accumulation of pollutants, primarily composed of salts and metals (copper, zinc, and lead). The ESDD/NSDD ratio indicates a medium to high level of pollution, enabling the creation of a regional pollution map for future work. The study concludes that proper insulation sizing and maintenance are essential to ensure a continuous electricity supply in the area.

Polígono de evaluación de sistemas fotovoltaicos

RESUMEN La creciente demanda energética y la necesidad de mitigar el cambio climático exigen la evaluación rigurosa de sistemas fotovoltaicos en condiciones locales. Este trabajo presenta el diseño, implementación y resultados preliminares de un polígono de evaluación en la Universidad de La Habana, Cuba. En esta infraestructura se integraron seis sets experimentales, dos sets de medición y cinco ensayos normalizados para caracterizar componentes bajo el clima tropical cubano. Los resultados preliminares demostraron la efectividad del polígono para diagnosticar fallas en diferentes contextos, desde pérdidas de potencia (hasta 90%) por corrosión hasta defectos de fabricación y daños por transporte en módulos recién adquiridos. Este desempeño permitió concluir que el polígono no solo es una plataforma de investigación, sino también una herramienta de política tecnológica que contribuye a la transición energética sostenible en Cuba, proporcionando datos confiables para la toma de decisiones y la mejora normativa.

ABSTRACT The growing energy demand and the need to mitigate climate change require the rigorous evaluation of photovoltaic systems under local conditions. This paper presents the design, implementation, and preliminary results of an evaluation polygone at the University of Havana, Cuba. This infrastructure integrates six experimental sets, two measurement sets, and five standardized tests to characterize components under the Cuban tropical climate. The preliminary results demonstrated the site's effectiveness in diagnosing failures in different contexts, ranging from power losses (up to 90%) due to corrosion to manufacturing defects and transportation damage in newly acquired modules. This performance led to the conclusion that the site is not only a research platform but also a technological policy tool that contributes to the sustainable energy transition in Cuba, providing reliable data for decision-making and regulatory improvement.

Almacenamiento en baterías (BESS) Vs almacenamiento por bombeo (PSH): El reto técnico-económico cubano

RESUMEN La situación electro-energética de Cuba es bien compleja actualmente y aunque aprovechar la radiación solar es una buena opción, sino se complementa con una eficaz forma de almacenamiento de energía no puede cumplir objetivos prácticos, porque el sol, como todas las fuentes dependientes de la naturaleza carecen de estabilidad y solamente existen en una parte del día o no están presentes; aunque hay múltiples formas de almacenamiento de la energía las más explotadas internacionalmente son baterías (BESS) y almacenamiento por hidro - bombeo (PSH), ambas tienen ventajas y desventajas técnico - económicas que se detallan en el presente artículo. Usar una u otra opción de almacenamiento energético debe ser precedido de un análisis casuístico, teniendo siempre en consideración las necesidades más prioritarias, costos de instalación y mantenimiento de cada tecnología instalada y vida útil en las condiciones reales existentes en el país, tanto económicas, como de recursos de energía primaria.

ABSTRACT Cuba's current electricity situation is quite complex, and although harnessing solar radiation is a good option, it cannot achieve practical objectives without being complemented by an efficient form of energy storage. This is because the sun, like all natural sources, lacks stability and is only available for part of the day, or not at all. While multiple forms of energy storage exist, the most widely used internationally are batteries (BESS) and pumped storage hydropower (PSH). Both have technical and economic advantages and disadvantages, which are detailed in this article. Choosing one energy storage option over another should be preceded by a case-by-case analysis, always considering the most pressing needs, installation and maintenance costs of each technology, and its lifespan under the country's actual economic and primary energy resource conditions.