Ingeniería Energética

A NUESTROS LECTORES

Caracterización de variaciones de tensión de corta duración en circuitos de distribución

RESUMEN En los últimos años se ha producido de manera acelerada la introducción de equipos de tecnología digital avanzada en los sectores residencial, comercial e industrial, lo que garantiza una mayor automatización de los procesos y calidad de vida del hombre. Sin embargo, la operación eficiente de estos dispositivos manifiesta alta dependencia de la calidad de la energía eléctrica, por lo que resulta indispensable para evitar altas pérdidas monetarias el chequeo sistemático de las redes de distribución. En el trabajo se caracteriza el comportamiento de parámetros discretos de calidad de la energía en circuitos de distribución, específicamente sags y swells. Para ello se emplean curvas de tolerancia y diferentes herramientas estadísticas. Son utilizadas como ejemplo las lecturas recopiladas durante 2016 en el nodo 1200 de Sagua La Grande, provincia Villa Clara. Los resultados obtenidos reflejan la presencia de variaciones de tensión nocivas para equipos sensibles.

ABSTRACT Over the last years it has been producing an accelerated introduction of advanced digital technology devices in the residential, commercial and industrial sectors, which has brought a better performance of process and quality of human life, but, at the same time, it has affected the electric power quality. These sectors obtain the electric energy from distribution networks, so it is essential to check them systematically to avoid high monetary losses. In this paper, the characterization of the behavior of power quality discrete parameters is done, specifically the case of sags and swells. To achieve that, a set of statistical techniques and the tolerance curves are employed. These methods are applied to the measurements at the 1200 node placed in Sagua La Grande municipality, in Villa Clara province. The results show the presence of dangerous voltage variations for sensible equipment.

La protección de distancia y las condiciones de prefalla

RESUMEN En la actualidad en los Sistema Eléctricos de Potencia, en ocasiones se continua utilizando la función de distancia (21) como protección principal en líneas de transmisión lo que no es correcto ya que la protección de distancia se ve afectada por múltiples fenómenos, dígase oscilaciones de potencia, efecto de la inducción mutua entre líneas, condiciones de prefalla, que pueden llevar a una incorrecta operación de la protección, así como también la incapacidad de disparo simultáneo en ambos extremos de la línea que protege. En este trabajo se presentan los resultados del análisis matemático de un sistema con líneas de 110 kV donde se evidencian los fenómenos y dificultades que introducen a la protección de distancia tomando solo en cuenta el efecto negativo de las resistencia de falla y las condiciones que existían antes de la falla, así como también sus posibles soluciones las cuales no resultan totalmente efectivas.

ABSTRACT In the present time in the Electric System of Power, in occasions you continuous using the distance function (21) as main protection in transmission lines what is not correct since the distance protection is affected by multiple phenomena, say you oscillations of power, effect of the mutual induction among lines, pre-fault conditions that can take to an incorrect operation of the protection, as well as the inability of simultaneous shot in both ends of the line that it protects. In this work the results of the mathematical analysis of a system are presented with lines of 110 kw where the phenomena and difficulties are evidenced that introduce to the distance protection taking alone in bill the negative effect of the flaw resistance and the conditions that existed before the flaw, as well as their possible solutions which are not completely effective.

Efectos de los armónicos de corriente en las pérdidas de transformadores de distribución monofásicos

RESUMEN El uso de dispositivos basados en electrónica de potencia, los cuales son fuentes de distorsión armónica, conducen a las redes eléctricas a convertirse en receptores de estas tensiones y/o corrientes no-sinusoidales. Entre los equipos que han sufrido un impacto considerable debido a corrientes distorsionadas están los transformadores de distribución cuyo rendimiento está estrechamente relacionado con el tipo de carga a la que suministra energía, generándose incrementos de pérdidas de transformación cuando se trata de cargas no-lineales. La distorsión de la corriente en la carga produce un calentamiento adicional del transformador y disminuye su capacidad nominal, incrementado la pérdida de vida útil del transformador. En este estudio se realiza una evaluación del impacto que generan los armónicos de corriente en los transformadores de distribución monofásicos, utilizando como caso de estudio un transformador monofásico de 25 KVA cuya composición armónica de la corriente es conocida.

ABSTRACT The use of devices based on power electronics, which are sources of harmonic distortion, lead to electric networks to become receivers of non-sinusoidal voltages and/or currents. Among the equipment that has suffered a considerable impact due to distorted currents are the distribution transformers whose performance is strongly related to the type of load to which it supplies energy. It has been shown that the losses increase in the transformers when they work with non-linear loads. In addition, the distortion of the current in the load causes an additional heating of the transformer, decreases its nominal capacity and reduces its service life. In this study, an evaluation of the impact generated by current harmonics in single-phase distribution transformers is carried out. A 25 KVA, single-phase transformer whose initial harmonic composition is known has been taken as a case study.

Métodos de detección de isla en generadores de inducción doblemente alimentados

RESUMEN Uno de los generadores eólicos más utilizados es el generador de inducción doblemente alimentado (DFIG, por sus siglas en inglés.). Este tipo de generador tiene la capacidad de seguir generando cuando es desconectado de la red eléctrica principal. Esto permite que ante la ocurrencia de desastres naturales o de averías en la red, las zonas que queden aisladas del Sistema Eléctrico de Potencia puedan seguir siendo alimentadas por estos generadores. Para ello, es necesaria la implementación de métodos que permitan un control efectivo sobre la máquina, durante este modo de operación. En este articulo se analizan diferentes métodos para la detección del modo de operación en isla. Se presenta la simulación de dos métodos de detección de islas (MDI, por sus siglas en inglés), uno activo que mide la variación de la distorsión armónica total (THD, por sus siglas en inglés) de las corrientes de fase y uno pasivo que mide el cambio del rango de la frecuencia (ROCOF por sus siglas en inglés).

ABSTRACT One of the most used wind generators is the doubly fed induction generator (DFIG). This type of generator has the capacity to continue generating when it is disconnected from the main electrical grid. This allows that in the event of natural disasters or breakdowns in the network, the areas that are isolated from the Electric Power System (SEP) can continue to be fed by these generators.For this, it is necessary to implement methods that allow effective control over the machine, during this mode of operation. In this article, different methods for the detection of island operation mode are analyzed. It presents the simulation of two methods of island detection (MDI), an active one that measures the variation of the total harmonic distortion (THD) of the phase currents and a passive one that measures the change of the frequency range (ROCOF).

Modelado por técnicas de regresión de los parámetros energéticos de desempeño para gasificadores tipo downdraft

RESUMEN En el trabajo se presentan resultados investigativos obtenidos por los autores en el modelado de indicadores de desempeño de la operación de instalaciones de gasificación de la biomasa con ayuda de las técnicas de regresión no lineal, a partir de la clasificación de la información derivada del análisis sistémico de la operación de estas instalaciones. Se realiza unos estudios bibliográficos de los trabajos de investigaciones previos, vinculados al modelado matemático de estas instalaciones por las diferentes técnicas reflejada en la literatura especializada. Se realiza un plan experimental 3N con tres réplicas, a partir del cual se elaboran, cuatro modelos de regresión no lineales correspondientes a las biomasas eichhornia crassipes, oryza sativa y leña, utilizadas en los experimentos a respectivos indicadores de desempeño de las biomasas, con satisfactorios resultados de su evaluación a partir de los coeficientes de regresión y errores estándar. Se describen la instalación experimental y el sistema de adquisición de datos desarrollados.

ABSTRACT This article presents research results obtained by the authors in the modeling of the performance indicators of the operation of biomass gasification facilities with helped by non-linear regression techniques, based on the classification of the information derived from the systemic analysis of the operation of these facilities. Some bibliographical studies of the previous research works are carried out, linked to the mathematical modeling of these facilities by the different techniques reflected in the specialized literature. A 3 N experimental plan is made with three replicas, from which four non-linear regression models, corresponding to the respective performance indicators, are elaborated using models linearization techniques, with satisfactory results from their evaluation based on the regression coefficients and standard errors foreichhornia crassipes, oryza sativa and wood, used as biomass. The experimental installation and the acquired data acquisition system are described.

Influencia de la política de pruebas periódicas en la confiabilidad de sistemas tecnológicos

RESUMO O artigo propõe uma metodologia para a construção e avaliação de árvores de falhas de sistemas em espera, com componentes redundantes testados periodicamente, que avalia o impacto das políticas de testes periódicos na indisponibilidade do sistema, através de modelos de indisponibilidade média. A comparação com a análise de indisponibilidade instantânea mostra que o modelo considera adequadamente as políticas de testes periódicos, a partir de dados usualmente registrados nas usinas nucleares. A fórmula para calcular a indisponibilidade média de componentes é generalizada com a inclusão da eficiência e degradação por testes. O modelo foi aplicado à análise de um sistema simplificado, mostrando sua efetividade para avaliar políticas e intervalos de testes, com recomendações para a otimização destes últimos. Sua importância radica na possibilidade de integração ao modelo geral de APS da instalação, em vez de permanecer como uma avaliação separada e complementar.

RESUMEN El trabajo propone una metodología para la construcción y evaluación de árboles de fallos de sistemas en espera, redundantes, con componentes probados periódicamente, que evalúa la influencia de las políticas de pruebas periódicas sobre la indisponibilidad del sistema, mediante modelos de indisponibilidad media. La comparación con los análisis de indisponibilidad instantánea demuestra que el modelo refleja de forma adecuada las políticas de pruebas periódicas, a partir de datos habitualmente registrados en las centrales nucleares. Se generaliza la fórmula para el cálculo de la indisponibilidad media de componentes con la inclusión de la eficiencia y la degradación por pruebas. El modelo fue aplicado al análisis de un sistema simplificado, mostrando su efectividad para evaluar políticas e intervalos de pruebas, con recomendaciones para la optimización de estos últimos. Su importancia radica en la posibilidad de integración al modelo general de APS, en lugar de permanecer como una evaluación separada y complementaria.

ABSTRACT The paper proposes a methodology for the construction and evaluation of fault trees for stand-by redundant systems, periodically tested, evaluating the influence of the periodic tests policy on the system unavailability, through a mean unavailability model. The comparison with the instantaneous unavailability analysis shows that the model adequately reflects the periodic tests policies, based on data usually recorded in nuclear power plants. The formula for calculating the components mean unavailability was generalized with the inclusion of test efficiency and test-caused degradation. The model was applied to the analysis of a simplified system, showing its effectiveness to evaluate policies and test intervals, with recommendations for the optimization of the latter. Its importance lies in the possibility of its integration into the general PSA model of the facility, instead of remaining as a separate and complementary evaluation.

Implementación de un sistema de detección de menaje para aplicaciones en cocinas de inducción

RESUMEN En el presente trabajo se presenta la implementación de un sistema de detección de menaje para aplicaciones de calentamiento por inducción electromagnética en la cocción de los alimentos. Son analizadas las características de los materiales utilizados en los recipientes, definiéndose cuales son las fundamentales para un calentamiento óptimo. Son estudiados los métodos de detección más empleados en cocinas de una zona de cocción y el comportamiento de diferentes menajes ante un estímulo determinado. Es propuesto un sistema de detección de menaje basado en la técnica de respuesta en el dominio del tiempo, empleando un microcontrolador de propósito general del fabricante Microchip, mediante el desarrollo de una instalación experimental con este propósito. Los resultados prácticos alcanzados ante diferentes estados de cargas son presentados, demostrando el correcto funcionamiento del sistema de detección, haciendo uso de instrumentos de medición profesionales como es el caso del osciloscopio digital TEKTRONIX TPS 2024B.

ABSTRACT In the present work, the implementation of a pan detection system for electromagnetic induction heating applications in the cooking of food is presented. The characteristics of the materials used in the containers are analyzed, defining which are the fundamentals for an optimum heating. The detection methods most commonly used in cookers in one cooking zone and the behavior of different items before a given stimulus are studied. A household detection system based on the time domain response technique is proposed, using a general purpose microcontroller from the manufacturer Microchip, through the development of an experimental facility for this purpose. The practical results achieved in different load states are presented, demonstrating the correct functioning of the detection system, making use of professional measuring instruments such as the digital oscilloscope TEKTRONIX TPS 2024B.

Modelado del fenómeno de ionización del aire mediante impulsos a través del método de los elementos finitos

SUMÁRIO Neste trabalho é proposta a modelagem dos fenômenos de ionização e desionização do ar, com ênfase em ondas padronizadas e não padronizadas causadas por descargas atmosféricas, em uma perspectiva macroscópica, utilizando software baseado no método dos elementos finitos. O objetivo principal objetivo da técnica de modelagem proposta é permitir simulações do processo disruptivo do ar, frente a ondas impulsivas, em escala macroscópica, o que é inovador dado que a a maioria dos modelos com este intuito está baseado em fenômenos microscópicos, na escala dos portadores de carga. Como estudo de caso, é empregada uma chave seccionadora classe 15 kV. A partir dessa análise, pretende-se identificar via simulação os valores mais prováveis de tensão que possam ocasionar a ruptura do meio dielétrico nesse equipamento, permitindo-se assim prever esses valores e realizar estudos, ainda na fase de projetos, nesse equipamento para que aumente a sua confiabilidade.

ABSTRACT This paper proposes the modeling of ionization and air deionization phenomena, with emphasis on standardized and non-standardized atmospheric discharges, in a macroscopic perspective, using software based on the finite element method. The main objective of the proposed modeling technique is to allow simulations of air gaps breakdown due to impulsive waves, on a macroscopic scale, which is innovative since most of the models for this purpose are based on microscopic phenomena, on the electric charge carrier scale. As a case study, a class 15 kV disconnecting switch is used. From this analysis, it is intended to identify via simulation the most probable voltage values that can cause the rupture of the dielectric medium in this equipment, allowing to predict these values and to carry out studies, still in the phase of projects, in that equipment so that it increases reliability

RESUMEN En este trabajo se propone el modelado de los fenómenos de ionización y desionización del aire, con énfasis en ondas estandarizadas y no estandarizadas de descargas atmosféricas, en una perspectiva macroscópica, utilizando software (licencia Nº 1037910),basado en el método de los elementos finitos. El principal objetivo de la técnica de modelado propuesta es permitir simulaciones de ruptura de entrehierros debidos a ondas impulsivas, en una escala macroscópica, que es innovadora ya que la mayoría de los modelos para este propósito se basan en fenómenos microscópicos, en la escala del portador de carga eléctrica. Como estudio de caso, se emplea una llave seccionadora clase 15 kV. A partir de este análisis, se pretende identificar vía simulación los más probables valores de tensión que puedan ocasionar la ruptura del medio dieléctrico en ese equipo, permitiendo así prever esos valores y realizar estudios, aún en la fase de proyectos, en ese equipo para que aumente su fiabilidad.