Ingeniería Energética

Editorial

Independent Generator Evaluation and Selection Software

En muchas industrias, edificios, empresas y servicios por razones productivas, emergentes o de confiablidad, es necesario generar energía eléctrica independientemente del Sistema Eléctrico Nacional. En otros casos se necesitan plantas de generación de energía eléctrica que puedan trabajar de forma aislada alimentando un circuito determinado. Para realizar la selección más económica y eficiente de la capacidad a instalar se debe tomar en consideración no sólo el comportamiento del sistema donde se va a insertar la unidad, sino también, las características operacionales del generador ante las fluctuaciones de la carga, sus límites operacionales y la estabilidad resultante. Este trabajo presenta un software que permite realizar la selección más adecuada considerando la curva de capacidad y la estabilidad del generador ante las particularidades del sistema. Con su aplicación es posible reducir los gastos y las pérdidas económicas debidas a una selección inapropiada. Como caso se presenta su aplicación a una planta de una fábrica de envases de alimentos.

In many industries, buildings and services is necessary to employ independent power plants to supply the electric power to a particular system. In other cases, islanded operation is desired due to several specific situations. In order to realize the most efficient, economic and adequate selection of the generator capacity is necessary to consider not only the systems load characteristic, also is necessary to know the limits of capabilities and the resultant stability of the power generator. This paper presents a software that allows to select the adequate generator, expose the operating limits and the resulting stability in fluctuating load condition. With its application is possible to reduce economic losses and the costs due to an impropriated generator selection with an oversized o sub utilized machine. As a case a 2500 kVA power plant is analyzed.

Induction motor power factor and efficiency IN-SITU determination under partial loads

Los motores asincrónicos trifásicos no siempre operan a plena carga y por lo tanto, el factor de potencia y la eficiencia se ven afectados. Determinar estos valores a diferentes cargas, es la base para programas ahorro en la industria y los servicios. En este trabajo se presentan procedimientos para la estimación del factor de potencia y la eficiencia a cargas parciales, con una precisión acorde a los propósitos ingenieriles, baja invasividad y sin implicar para el usuario complejidades de equipamiento o de adquisición y procesamiento de datos. Se ofrecen distintas variantes para la estimación del factor de potencia y la eficiencia, según los datos con que se cuente. Se comparan los resultados de los métodos propuestos con la información de catálogos comerciales. Se realiza un análisis con motores de distinta potencia y velocidad, que demuestra que se logra buena precisión para los propósitos señalados.

Three phase induction motors are rarely operating at full load and, in consequence, power factor and efficiency are affected. Determining these values for different partial loads is needed for energy saving programs in industrial and service enterprises. In this work, procedures are given for power factor and efficiency estimation at different loads. These procedures are low or not-invasive, have a good precision for engineering purposes, and do not require neither complex equipment nor complicated acquisition and processing data systems Different ways for estimating the before mentioned parameters, depending on the known data, are given. The results of the proposed procedures are compared with those of manufacturer catalogs. A comparative analysis considering motors of different output power and speed is done, and it shows that the results are enough accurate for the established purposes.

Harmonic effects on permanent - capacitor single- phase induction motors

Las ondas de tensión apreciablemente distorsionadas, tienen un impacto negativo en el comportamiento de los motores monofásicos asincrónicos de jaula de ardilla. Se deterioran sus indicadores energéticos, se incrementan las vibraciones y el ruido y se reduce la vida útil. Se estudia el comportamiento en estado estable de un motor con capacitor permanente, extensible a uno de dos capacitores. Se analiza un ejemplo experimental de aplicación tomado de la literatura. En él se evidencia un incremento de las pérdidas, empeoramiento del factor de potencia, aumento de los momentos pulsantes y otros elementos negativos cuando circulan corrientes no sinusoidales. Un estudio de las distorsiones de las ondas de corriente en instalaciones residenciales de Cuba, deja claro la necesidad de profundizar en los efectos sobre los motores y sobre el sistema eléctrico en general. Se explica que las técnicas para realizar estos estudios, sobre todo in situ, deben ser de inteligencia artificial.

Strong distorted voltage waveforms, have a negative impact on the performance of single-phase squirrel-cage induction motors. Energetic parameters become worse, vibration and noise increase and life expectancy is reduced. Steady state performance of permanent capacitor single-phase induction motor is studied. The study is extensible to a two-value capacitor motor. An experimental application taken from literature was analyzed. In that work is evident the increase in losses, power factor reduction, greater pulsating torques and other undesirable tendencies when non-sinusoidal currents are circulating in the motor circuits. A study related to current wave distortion in Cuban housing electric circuits is made. The need of a deep analysis of the effect not only on the motors, but on the electric system as well, is made clear. Artificial intelligence methods have to be used to study these problems, arising on the presence of non sinusoidal wave forms, especially for working in situ.

Design and implementation of a planning process for energy according to NC-ISO 50001:2011

En el presente trabajo se diseñó y aplicó un procedimiento para la planificación energética teniendo en cuenta los requerimientos de la NC-ISO 50001: 2011 ¨Gestión de la energía¨. El diseño tuvo como premisas requisitos de las normas internacionales relacionadas con la gestión de la energía ISO 50001: 2011, UNE 216301: 2007, DIN EN 16001, ANSI/MSE 2000: 2008 y de gestión de la calidad ISO 9001: 2008. Para la aplicación se seleccionó como caso de estudio la Empresa Oleohidráulica Cienfuegos, utilizándose herramientas y técnicas, tales como: trabajo con expertos, revisión de documentos, las herramientas de la Tecnología de Gestión Total Eficiente de la Energía y de calidad, obteniéndose como resultados la planificación energética, a través de la determinación de la estructura de consumo energético, las áreas de consumo significativo , lo que conllevó a establecer la línea base y meta energética de la organización.

In this paper we designed and implemented a process for considering energy planning requirements of the NC-ISO 50001: 2011 ¨Energy Management¨. The premise was to design requirements of international standards related to energy management ISO 50001: 2011, UNE 216301: 2007, DIN EN 16001, ANSI / MSE 2000: 2008 and quality management ISO 9001: 2008. For application was selected as a case study Hydraulics Company Cienfuegos, using tools and techniques such as: working with experts, review of documents, tools Total Technology Management Energy Efficient and quality, obtaining as results the energy planning, through the determination of the structure of energy consumption, significant consumption areas, which led to establish base line and energy goal of the organization.

Dynamic voltage restorer control based on the Space-Vector Fourier Transform

El gran desarrollo de la automatización industrial, como resultado de la modernización y el progreso de los equipos con microprocesador y electrónica de potencia, ha hecho que las cargas en la actualidad sean más sensibles a las caídas de tensión de corta duración. Estos trastornos, incluso en tiempos muy cortos, pueden detener procesos enteros causando enormes pérdidas. Por esta razón en el presente trabajo se propone un Restaurador Dinámico de Tensión (dynamicvoltagerestorer- DVR), para mantener la operación ininterrumpida de una carga industrial, sensible a huecos de tensión. El control propuesto para el DVR está basado en la transformada de Fourier del vector espacial (space vector Fourier transform- SVFT). El vector controlado es implementado en los ejes de referencia estacionarios alfa y beta. Se obtienen resultados satisfactorios ante señales distorsionadas. Se realizan simulaciones en el Matlab del sistema propuesto para huecos de tensión balanceados y desbalanceados.

The great development of industrial automation, as a result of modernization and progress of equipment with microprocessor and power electronics has made loads now more sensitive to voltage drops. These disorders, even in very short time, can stop the whole process causing huge losses.For this reason a dynamic voltage restorer (DVR) is proposed in this paper for keeping uninterrupted operation of sensitive industrial load during voltages sags. The proposed DVR controller is based on the Space Vector Fourier Transform (SVFT). The vector controller is implemented in the stationary reference frames. Satisfactory results are obtained for distorted signals. The proposed system is simulated in Matlab for voltage dips balanced and unbalanced.

Methodology based on neural networks for earth resistivity interpretation in congested urban areas

Uno de los problemas que se afronta durante el diseño de un sistema de puesta a tierra (PAT) en zonas urbanas, es la obtención de los parámetros eléctricos del suelo, ya que los métodos tradicionales de medición de resistividad no se pueden aplicar por problemas de espacio. En este trabajo, se plantea una alternativa para la obtención de la resistividad, mediante sondeo eléctrico introduciendo una barra vertical y registrando cómo varía la resistencia de PAT del electrodo en función de la profundidad; con esos resultados se desarrolla una metodología basada en redes neurales, para estimar los parámetros del suelo para un modelo biestratificado del mismo. Se estudia por tanto, el tema de las complicaciones de medición en zonas urbanas y se plantea en detalle la metodología empleando técnicas modernas de medición y procesamiento. Los resultados obtenidos, tanto en fase de simulación digital como con ensayos de campo, muestran la validez.

One of the main troubles for grounding system design in an electrical installation on congested urban areas is obtaining the soil parameters, since the traditional measurements techniques are not applicable due to the limited space. In the present work, an alternative procedure based on introducing a driven rod into the soil and registering the variation of ground resistance versus the depth, is presented; with the field measurements obtained, a procedure were evaluated to estimate the soil parameters in a simplified bi-stratified model (two vertical layers) using a trained neural network to minimize the effort and time to obtain the respective results. The trouble about the measurement and estimation of electrical soil properties in congested urban areas is solved with the detailed methodology presented, based on non conventional measurement techniques and computational processing.The results obtained during both digital simulation and field measurements, demonstrates the validity of the proposed procedure and making feasible its application to engineering projects.

Integrated systems of energy with renewable sources, requirements and options

En el presente reporte se consideró una instalación conectada a la red eléctrica en la isla de Cuba. Se tenía el interés de introducir un determinado % de energía a partir de fuentes renovables, y se poseía un determinado potencial de energía eólica y fotovoltaica. Se analizaron los requisitos y opciones energéticas, se realizaron simulaciones de alternativas con el programa HOMER y se concluyó con la determinación de las condiciones o potenciales de las fuentes renovables para la recomendación de cada opción energética, y se presentaron los resultados de forma gráfica y fácil comprensión. Se ofreció un análisis de las posibilidades reales que en el ámbito de una localidad, pueden aprovecharse en función de diversificar de manera sostenible, el esquema energético comunitario con la utilización de las fuentes renovables de energía, utilizando la variante que desde el punto económico y ambiental resulte de más conveniencia.

In this report was considered an electric net connected installation in the island of Cuba. It had the interest of introducing a certain % of energy starting from renewable sources, and a certain potential of wind and photovoltaic energy was possessed. The requirements and energy options were analyzed, and it were carried out simulations of alternative with the HOMER program and it was concluded with the determination of the conditions or potentials of the renewable sources for the recommendation of each energy option, and the results were presented in graphic way and easy understanding. It was offered an analysis of the real possibilities in the environment of a town. It can take advantage in function of diversifying from a sustainable way, with the community energy outline using the renewable sources of energy, and taking the variant of more convenience from the economic and environmental point of view.

State estimation of the switching reluctance motor MFR132.5 using an Unscented Kalman Filter

La determinación de la posición angular instantánea del rotor es parte integral del control en los accionamientos de Motores de Reluctancia Conmutada. La medición directa de esta variable adiciona complejidad y costo al sistema y no siempre brinda buenos resultados, lo que ha motivado el desarrollo y prueba de algoritmos de estimación de la posición angular del rotor. En este trabajo se presenta el empleo de un Filtro Desaromatizado de Kalman para estimar la velocidad y la posición angular del rotor del motor MFR 132.5, basado en un modelo de caja gris de dicho motor que también es presentado en este trabajo. Los resultados demuestran que este estimador ofrece estimaciones satisfactorias del estado del motor, lo mismo durante el arranque que durante el funcionamiento regular, aún bajo la presencia de perturbaciones en el torque de la carga y errores en la estimación inicial de la posición angular del rotor.

The measure of the instant angular position of the rotor is integral part of the control of Switching Reluctance Motors drivers. The direct measurement of this variable adds complexity and cost to the system and it doesn't give good results sometimes. That has motivated the development and test of algorithms for estimating the rotor angular position of the motor. In this work is presented the use of an Unscented Kalman Filter for estimating the speed and rotor angular position of the motor MFR 132.5, based on a grey box model of the motor which is also presented in this work. The results show that this kind of estimator gives good estimations of the state of the motor, as well during the starting as during the regular operation, even under the presence of perturbations of the load torque and errors in the initial estimation of the angular position.