Ingeniería Energética

Análisis de calidad de la energía de inversor de puentes H y control SPWM

RESUMEN En este documento se muestran los resultados obtenidos al implementar un sistema de control por desplazamiento de nivel SPWM multicarrier a un inversor monofásico de puentes H en cascada. Las pruebas consistieron en usar tres métodos multicarrier con diferentes índices de modulación en frecuencia y amplitud. Obteniéndose un conjunto de resultados de los valores de los armónicos presentes en las mismas para cada método. El algoritmo de control fue programado usando el software SolidThinking Embed y el procesador digital de señales TMDSCNCD28379D de Texas Instruments se utiliza como interface con el inversor. Los resultados experimentales muestran que la calidad de la energía varía usando índices de modulación en frecuencia o en amplitud bajos con respecto a índices de modulación en frecuencia altos y modulación en amplitud cercanos a la unidad. Los resultados indican que la calidad de la energía mejora al incrementar los índices de modulación en frecuencia o amplitud.

ABSTRACT This document shows the results obtained by implementing a multicarrier SPWM level displacement control system to a single-phase seven level cascade H-bridge inverter. The tests consisted of using three multicarrier methods with different modulation rates in frequency and for every one different modulation rates in amplitude. Obtaining a set of results of the values of the harmonics present in them for each method. The control algorithm was programmed using SolidThinking Embed software and the digital signal processor TMDSCNCD28379D from Texas Instruments is used as an interface with the inverter. Experimental results show that energy quality varies using low frequency or amplitude modulation rates with respect to high frequency modulation rates and amplitude modulation rates close to unity. The results indicate that energy quality improves with increasing modulation rates in frequency or amplitude.

Evaluación de una mezcla aceite de jatropha-diésel bajo la acción de un campo magnético

RESUMEN En este trabajo se evaluó el comportamiento del proceso de combustión de una mezcla diésel-aceite de Jatropha curcas al 10% bajo la acción de un campo magnético. La mezcla y el diésel empleados presentaron propiedades físico-químicas similares. Para realizar los experimentos se utilizó un grupo electrógeno experimental Lister Petter LPWS2 y se evaluaron los siguientes parámetros: emisiones de dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOX) y el consumo horario de combustible. El campo magnético estático utilizado fue de 0,36 Tesla (T) y se ubicó directamente sobre las tuberías de combustible en el motor. Con el empleo de este campo magnético se alcanzaron disminuciones de un 24,84% de CO, de un 15,78% de CO2 y de un 20,43% de NOX en sus máximas cargas. Además se obtuvieron disminuciones del consumo horario de combustible de un 2,59%, empleando la mezcla bajo la acción del campo magnético.

ABSTRACT In this work the behavior of the combustion process of mixture of diesel- Jatropha curcas oil at 10% under the action of a magnetic field was evaluated. The mixture and diesel showed similar physicochemical properties. To carry out the experiments, an experimental generator set Lister Petter LPWS2 was used and the following parameters were evaluated: carbon dioxide (CO2), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOX) emissions and hourly fuel consumption. The static magnetic field used was 0.36 Tesla (T) and was located directly on the fuel lines in the engine. With the use of this magnetic field, decreases of 24.84% of CO, 15.78% of CO2 and 20.43% of NOX were reached in their maximum loads. In addition, reductions in the hourly fuel consumption of 2.59% were obtained, using the mixture under the action of the magnetic field.

Briquetas energeticas con aserrín y corteza de pino

RESUMEN Se analizó el aprovechamiento energético de las briquetas como biocombustible sólido densificado, fabricadas con aserrín y corteza de pino, utilizando como aglutinante un residuo de la destilación de la resina de pino, a partir de residuos madereros de un aserradero. Para ello se elaboraron tres tipos de briquetas, con óptimas condiciones para su mejor utilización como las de la mezcla de aserrín con corteza de pino, compuestas de materia prima en diferente porcentaje. Con la fabricación de estas briquetas se procedió a determinar el análisis inmediato de las muestras, obteniéndose valores bajos de ceniza y humedad lo cual mejora sus propiedades como combustible, . Se le realizaron pruebas de densidad, conductividad térmica y de resistencia, lográndose resultados deseados para mejorar su composición. Estableciendo que, la briqueta que presenta las propiedades fisicoquímicas y mecánicas adecuadas, es la briqueta de tipo II, o sea la de mezcla de aserrín con corteza.

ABSTRACT With the objective of this investigation, the energy use of the briquettes as densified solid biofuel, manufactured with sawdust and pine bark, using as a binder a residue of the distillation of the pine resin, from wood residues of the sawmill. For this, three types of briquettes were prepared, with optimal conditions for their best use, such as the mixture of sawdust with pine bark, composed of raw materials in different percentages. With the manufacture of these briquettes, the immediate analysis of the samples was determined, obtaining low values of ash and humidity, which improves their properties as fuel. Density, thermal conductivity and resistance tests were performed, achieving desired results to improve its composition. Establishing that, the briquette that presents the appropriate physicochemical and mechanical properties, is type II briquette, that is, the mixture of sawdust with bark.

Mejoras en la eficiencia energética de las mini-hidroeléctricas aisladas mediante la regulación combinada flujo-carga lastre

RESUMEN Esta investigación propone un esquema de regulación de frecuencia combinando el control de una carga resistiva secundaria mínima y el flujo de turbinas Pelton en régimen autónomo. Se identifican los antecedentes de regulación de frecuencia por carga y por flujo, así como su posible combinación para mejorar la eficiencia energética de centrales hidroeléctricas autónomas. Se caracteriza el tema en el contexto cubano y se evalúa la combinación de ambos métodos, mediante un estudio de caso. Fueron procesados los resultados de simulación del método empleando Matlab®/Simulink, a partir de modelos obtenidos en investigaciones previas; contra otros reportados en la literatura. Los resultados de simulación del esquema propuesto mostraron la posibilidad de elevar la eficiencia energética de las mini-hidroeléctricas autónomas. El esquema propuesto fue validado mediante simulación, cumpliendo con la norma cubana NC62-04, reduciendo la carga lastre resistiva a un 6% del valor de potencia nominal del generador.

ABSTRACT The existing combined regulation methods do not lead to efficient management of water in isolated hydraulic turbines; these do not prioritize the minimization of the value of the resistive dump load. In this paper, a frequency regulation scheme was proposed that combines a minimum dump resistive load and the flow of the Pelton turbines that operate autonomously. At the begining on this paper was identified the state of the art of autonomous isolated hydro. Also was charactererized in cuban contect and the posibilities of dump load and flow cntrolls methods. Finally was evauated the combination of this two methods due to a generalized cuban study case. The simulation results of the method in Matlab®/Simulink was processed through a case study, from models obtained in previous investigations, contrasted with benchmark reported in the literature. With this scheme it was possible to increase the energy efficiency of autonomous mini-hydroelectric plants. Through simulation the proposed scheme was validated in a way that complies with Cuban standard NC62-04, with a reduction of the resistive dump load at 6% of the generator nominal power value.

Análisis energético y exergético de una bomba de calor de expansión directa con energía solar

RESUMEN Una bomba de calor de expansión directa con energía solar (BCAES-ED) es una tecnología de calentamiento de agua con mucho potencial en países con climas tropicales y húmedos siendo relevante realizar análisis basados en la energía y la exergía que permitan caracterizar su funcionamiento e impulsar su aplicación. El presente articulo muestra los resultados de un estudio realizado a una BCAES-ED ubicada en la ciudad de Portoviejo, Ecuador.En la instalación experimental se estudió la influencia de la variación del área del colector/evaporador para valores de 3 y 1,5 m2 y velocidad de rotación del compresor de 400 y 600 rpm. Los análisis energéticos reportaron coeficiente de desempeño entre 3.5 y 4.5. La eficiencia exergética del sistema obtenida fue de 70 % para un área de colector/evaporador de 1.5 m2 y velocidad de rotacion del compresor de 600rpm. Los resultados anteriores muestran la viabilidad de utilizar esta tecnología en países tropicales.

ABSTRACT A direct expansion solar assisted heat pump (BCAES-ED) is a water heating technology with great potential in countries located in tropical and humid areas, so it is important to conduct energy and exergy-based analyzes that allow characterization its operation and promote its application in industrial processes. The present study used meteorological parameters that influence an experimental installation located in Portoviejo-Ecuador for a collector / evaporator of 3 and 1.5 m2 and compressor rotation speeds of 400 and 600 rpm. The energy analysis reported a coefficient of performance of the system between 3.5 and 4.5. The compressor obtained the highest value of exergy destruction, followed by the solar collector, the condenser and the expansion valve. The exergy efficiency of the system reached the value of 70%. The feasibility and advantages of using this technology in tropical countries are demonstrated.

Red neuronal con entrenamiento dinámico para simulación de un sistema de intercambiadores de calor

RESUMEN Esta investigación propuso un modelo de red neuronal artificial con entrenamiento dinámico para predecir las temperaturas de salida de ambos fluidos en un sistema de intercambiadores de calor para monoetanolamina, realizando el entrenamiento, validación y pruebas con 31 680 juegos de datos obtenidos a través del método de experimentación pasiva. Con el perceptrón multicapa 4-3-2 se lograron correlaciones superiores al 98,76 %, y se corroboró que el entrenamiento dinámico proporciona respuestas más precisas que el entrenamiento único. Aplicando el primer enfoque se calcularon errores absolutos promedio de 0,419 y 0,372 K (para las variables temperatura de salida de la amina rica y de la amina pobre, respectivamente), comparados con 2,214 y 1,181 K para el segundo. Tales desviaciones no tienen una implicación significativa en el proceso tecnológico examinado, por lo que el modelo se considera apropiado para simular el desempeño de los intercambiadores de calor objeto de estudio.

ABSTRACT This research proposed an artificial neural network model with dynamic training in order to predict both fluids outlet temperatures on a monoethanolamine heat exchangers system, doing the training, validation and testing with 31 680 data points gathered through the passive experimentation method. The 4-3-2 multilayer perceptron achieved correlations above 98.76 %, and it was corroborated that dynamic training strategy provided more accurate results than single training. Mean absolute errors of 0.419 and 0.372 K were obtained when applying the first approach (for rich amine and lean amine outlet temperatures as output variables, respectively), as compared to 2.214 and 1.181 K when implementing the second one. Since calculated deviations have no significant implication on the technological process under analysis, proposed model is considered appropriate for simulation of the studied heat exchangers performance.

Diseño de plantas de enfriadoras. Revisión de los aspectos que involucran su diseño eficiente

ABSTRACT The design of a chiller plant refers to determining the cooling capacity of the system and its configuration. Its configuration is given by the type and total of chillers, the distribution of the nominal load and the hydraulic arrangement between them. Determining these elements correctly is a key moment that defines the energy efficiency of these systems and has an impact on the costs where it will be part. To make the same, engineers use recommendations that in one way or another have perpetuated becoming established rules. This article summarizes the fundamental steps to be followed in plant design, as well as a critical analysis of the evolution of design methodologies. Its objective is to present studies on the subject, as well as to highlight specific results and expose those deficiencies that prevent an optimal design of these systems.

RESUMEN El diseño de una planta de enfriadoras se refiere a determinar la capacidad de frío del sistema y la configuración que tendrá la misma. Su configuración está dada por el tipo y total de enfriadoras, la distribución de la carga nominal y el arreglo hidráulico entre ellas. Determinar correctamente estos elementos es una actividad muy importante que define la eficiencia energética de estos sistemas y que repercute en los costos donde la planta formará parte. Generalmente, los ingenieros emplean recomendaciones que de una forma u otra de han perpetuado desde el punto de vista técnico, convirtiéndose en reglas establecidas. El presente artículo resume los pasos fundamentales a seguir en el diseño de plantas, así como un análisis crítico sobre la evolución de las metodologías de diseño. El objetivo de la misma es exponer estudios sobre el tema, así como resaltar resultados específicos y presentar aquellas carencias que impiden un diseño óptimo de estos sistemas

Distribuciones probabilísticas no tradicionales para el estudio de la confiabilidad de LEDs empleados en iluminación

RESUMEN Debido al incremento del uso de la tecnología LED ( Light Emitting Diode ) y a la complejidad de sus modos y mecanismos de falla, su confiabilidad resulta un tema clave de investigación. Para realizar estudios de confiabilidad, la distribución de Weibull es generalmente la más empleada, pero en los LEDs, como estos se degradan continuamente, dicha distribución podría no funcionar con la misma eficacia. Este artículo muestra el procedimiento para la obtención de modelos de confiabilidad de LEDs blancos empleados en iluminación, a partir de distribuciones de probabilidad no tradicionales de “tiempos hasta el fallo” obtenidos, según criterio L 70 de ASSIST, en ensayos acelerados de la literatura consultada. Los análisis realizados con los “tiempos hasta el fallo” mostraron que no hay evidencia suficiente para rechazar que los datos siguen la distribución de Weibull-Exponencial Generalizada (WGED) y la distribución Modificada de Weibull (MWD), según la Prueba de Bondad de Ajuste Kolmogorov-Smirnov.

ABSTRACT Due to the increased use of LED technology and the complexity of its modes and failure mechanisms, its reliability is a key research issue. To carry out reliability studies based on accelerated test data, the Weibull distribution is generally the most widely used; but in the LEDs, as these are degraded continuously, this distribution may not work with the same efficacy. This paper shows the procedure for obtaining reliability models of white LEDs used in lighting, from non-traditional probability distributions of "times to failure" obtained, according to the criterion L 70 of ASSIST, from accelerated testing of the consulted literature. The analyzes carried out with the “times to failure” showed that there is insufficient evidence to reject that the data follow the distributions of Weibull-Exponential Generalized(WGED) and Modified Weibull(MWD), according to the Kolmogorov-Smirnov Test.