Ingeniería Energética

EDITORIAL

Exergy Study of air-conditioned space on a river vessel

En este trabajo se presentan los resultados del análisis exergético realizado al sistema de acondicionamiento de aire de una embarcación fluvial. El estudio se realizó en un prototipo a escala de laboratorio, el cual simula uno de los locales de la embarcación real. Los resultados principales son: A mayor carga térmica la destrucción de exergía aumenta, al incrementar la temperatura promedio del local se incrementa la eficiencia exergética y disminuye la destrucción de exergía. Existe una carga térmica por unidad de área optima de 214.074 W/m² que al ser superada se genera una disminución en la eficiencia exergética del sistema. Las mayores eficiencias exergéticas y los menores valores de índices de destrucción de exergía se dan cuando la temperatura promedio del local se encuentra en la zona de confort recomendada por ASHRAE y ABS de 22 a 24°C.

This work presents the results of the exergy analysis performed to a river boat air conditioning system. The study was carried out on a prototype at laboratory scale, which simulates one of the rooms of the actual vessel. The main findings are: greater thermal load of exergy destruction increases, increasing the room average temperature is increased the exergetic efficiency and decreases the destruction of exergy. There is an optimum thermal load per area unit of 214,074 W/m² which to be overcome decrease is generated in the system exergetic efficiency. The larger exergetic efficiencies and the lower values of exergy destruction index occurs when the average room temperature is in the comfort zone recommended by ASHRAE and ABS from 22 to 24° C.

Model for Integral valuation of technologies for rural electrification

En el presente trabajo se desarrolla un modelo para la valoración integral de distintas tecnología de electrificación rural, basado fundamentalmente en el comportamiento de los sistemas híbridos que emplean fuentes renovables de energía, considerando múltiples criterios, tales como: el porcentaje de generación diesel requerido, costo de la energía equivalente, valor presente neto, costo de operación y mantenimiento, riesgos de la instalación y facilidad de gestión del sistema. Se estudian ocho sistemas energéticos, dimensionados para ofrecer una calidad similar a la extensión de red, que pueden satisfacer distintos escenarios de recursos energéticos y consumos de energía desde 20 hasta 320 kWh/día, y se emplea el modelo matemático desarrollado en un caso práctico, a través del cual se demuestra la facilidad que presenta para valorar tecnologías de electrificación rural, ameritando solo tres datos característicos de la comunidad: la irradiación solar promedio, la velocidad de vientos y el consumo de energía estimada.

In this work it is developed a model for the integral valuation of different technology of rural electrification, the study of the behavior of the hybrid systems was emphasized with the use of renewable energy sources and it was considered multiple approaches for the valuation, such as: the percentage of required generation diesel, cost of the equivalent energy, net present value, operation cost and maintenance, risks of the installation and easiness of administration of the system. A group of eight sized energy systems was studied to offer a similar quality to the one given by the net extension net, with which it can satisfy energy consumptions from 20 up to 320 kWh/day, estimating the behavior of the proposed systems for different scenarios of energy resources readiness. The developed mathematical pattern allows valuing technologies for rural electrification using three characteristic data of the community: the daily average solar irradiation, the wind speed and the estimated energy consumption.

Analysis of grounding resistance in urban electrical distribution networks using probability distributions

En este artículo, se estudia la resistencia de puesta a tierra en redes urbanas de distribución eléctrica de la ciudad de Copiapó (Chile) por medio de distribuciones de probabilidad, con el objetivo de evaluar el desempeño del diseño de las mallas que actualmente se utiliza en esta ciudad. El estudio está basado en una muestra de cuarenta y tres mediciones de resistencia de puesta a tierra. Se muestran los principales indicadores de estadística descriptiva para las mediciones de campo, se ajustan tres distribuciones de probabilidad a los datos de la muestra y se usan el criterio de información de Akaike (AIC) y el criterio de información Bayesiano (BIC) para elegir la distribución que mejor representa el comportamiento de los datos. Finalmente, usando el modelo seleccionado, se calculan algunas probabilidades para la resistencia de puesta a tierra y se entregan las principales conclusiones del trabajo.

In this article, the grounding resistance in urban electrical distribution networks of the Copiapó city is studied. The estimation of mean value is calculated using continuous probability distributions. The aim of this study is to performance assessment of grounding grid design currently used in these networks. Forty-three grounding grids are used as sample. The main indices of descriptive statistics of field measurements are shown. Three continuous probability distribution models are fitted to the sample. For selecting the best model, the Akaike information criterion (AIC) and the Bayesian information criterion (BIC) are used. Finally, using the best model, some probabilities for the grounding resistance are calculated and the main conclusions are presented.

Identification of parameters with numerical methods for the modelling of electrical systems with frequency dependence

El artículo presenta una descripción detallada de las técnicas más utilizadas para hacer ajuste racional de funciones del dominio de la frecuencia. Las técnicas son: Aproximación Asintótica de Bode, Mínimos Cuadrados Ordinarios, Mínimos Cuadrados Iterativamente Reponderados, Ajuste Vectorial y Levenberg-Marquardt. Estas técnicas se comparan aproximando una función analítica. Después, se aplican al ajuste racional de parámetros dependientes de la frecuencia de una línea de transmisión monofásica. El efecto del ajuste se evalúa considerando los casos de línea abierta, corto circuito y perfectamente acoplada. La transformada numérica de Laplace (NLT) se utiliza como referencia para la evaluación. Se concluye que la adecuada implementación de cada técnica depende de varios factores; del tipo de función a ajustar, del rango de ajuste, y otros. Además, no es posible garantizar que una de las técnicas siempre converja al mejor resultado. El artículo propone algunas guías para seleccionar la técnica más adecuada para una aplicación particular.

This paper provides a detailed description of the rational fitting techniques that are most used to approximate frequency domain functions. The techniques are: Bode asymptotic approximations, Ordinary Least-Squares, Iteratively Reweighted Least-Squares, Vector Fitting and Levenberg-Marquardt. These techniques are compared by approximating of an analytic function. Then, the techniques are applied to the rational-fitting of the frequency-dependent parameters corresponding to a single-phase transmission line. The effect of the rational representations is evaluated considering transients on cases of open-ended, short-circuited and perfectly matched lines. The numerical Laplace transform technique (NLT) is used as reference for the evaluations. It follows that the proper implementation of each fitting technique depends on various factors; the type of function being adjusted, the desired frequency range, an others. Moreover, one cannot guarantee that there is one of these techniques that will always yield the best fitting. The paper provides guidelines for selecting the most convenient one for a particular application.

Generator Start-Up Automated Planning for Electric Power System Restoration

La elección de la secuencia de arranque de los generadores afecta directamente a la capacidad de generación disponible en el proceso de restauración del sistema de potencia. En este artículo se utiliza un método basado en la planificación automatizada para calcular la secuencia de arranque de las unidades de generación en el proceso de restauración de sistemas eléctricos de potencia. Se presenta una formulación basada en acciones donde se involucran varios factores complejos tales como: la naturaleza combinatoria, el conocimiento de expertos, varias restricciones y condiciones cambiantes en el tiempo que deben cumplirse y la optimización de varios recursos numéricos. Los resultados de prueba sobre el sistema IEEE39-barras muestran que el método es muy eficiente en obtener planes precisos y optimizados para restaurar el sistema de generación utilizando un algoritmo de planificación automatizada basado en la búsqueda heurística con capacidades de razonamiento en tiempo continuo.

The choice of generator start up sequence affects directly the available generation capacity in the power system restoration process. In this paper an automated planning based method is used to calculate the startup sequence generating units in the electric power system restoration process. An action-based formulation is presented where several complex factors are involved such us: the combinatorial nature, expert knowledge, several restrictions and changing condition sover time that must be met and the optimization of several numerical resources. The test results on the IEEE39-bus system show that the method is very efficient to obtain accurate and optimized plans to restore the generation system using an automated planning algorithm based on heuristic search with capabilities of reasoning in continuous time.

Dissolved gas analysis for monitoring and power transformers in service diagnosis

La primera señal de existencia de problemas en transformadores de fuerza es la detección de gases que se generan en el aceite como resultado de los fenómenos térmicos y eléctricos a que están permanentemente sometidos; que degradan el aislamiento y ocasionan fallas incipientes que, si no se detectan a tiempo, pueden devenir en defectos mayores y costosos. El artículo trata sobre el análisis de estos gases, como uno de los métodos más utilizados para el diagnóstico de fallas, en correspondencia con las concentraciones individuales y las relaciones entre esas concentraciones, permitiendo determinar el estado del transformador y reducir los índices de falla. Hace un recorrido completo de los gases generados y de los posibles diagnósticos asociados. Presenta resultados de la aplicación de esta técnica en la Empresa de Construcciones de la Industria Eléctrica (ECIE) Cienfuegos, a partir de las mediciones obtenidas con el medidor portátil Transport X (KELMANLTD).

The first sign of the existence of problems in power transformers is the detection of gases generated in oil as a result of thermal and electrical stresses that are permanently subject, which degrade the insulation and cause incipient failures which if not detected in time can become costly and larger faults. The article deals with the analysis of these gases as one of the most used methods for the diagnosis of faults in correspondence with the individual concentrations and the relationships between those concentrations that allow determining the status of the transformer and reduce failure rates. A complete tour of the gases and the possible associated diagnoses with them is done. Presents results of the application of this technique in Building Company of Electrical Industry (BCEI) Cienfuegos, from the measurements obtained with the portable meter Transport X (KELMAN LTD).

Solar tracker, optimizing ofimprovementof the solar energy

En este trabajo se realizó el diseño e implementación de un dispositivo encargado de obtener las coordenadas del Sol en cualquier momento del día, es decir, un seguidor solar a dos ejes por punto luminoso. Este seguidor consta de dos bloques principales: la tarjeta controladora y la parte mecánica. Su diseño se basó en el uso de fotorresistencias, microcontroladores y motores de pasos, el mismo posee altas prestaciones y bajo costo. El prototipo construido es utilizado en las investigaciones de aprovechamiento de la energía solar que se realizan en el Grupo de Energía Renovable Aplicadas (GERA) de la Universidad de Oriente, particularmente en los paneles fotovoltaicos y los calentadores de agua. Se realizó una prueba experimental en los laboratorios y en el polígono de dicho grupo y se comprobó que el seguidor solar funciona adecuadamente, cumpliendo con las expectativas deseadas.

The design and implementation of a device for obtaining the coordinates of the sun at any time during the day, it means, a solar tracker of type two axis by luminous point is developed in this paper. This tracker consists of two main blocks: the controller board and the mechanical part. The design is based on the use of photoresistences, microcontrollers and stepper motors. The prototype is used on investigations about solar energy developed at the GERA (Grupo de Energía Renovable Aplicada) of Universidad de Oriente, particularly in photovoltaic panels and water heaters. An experimental test was conducted in the laboratories and at the site of the group and it was found that the solar tracker is functioning properly, meeting the desired expectations.

Procedure to design sampling of the wind speed in a promissory region. Part I. Theory and general algorithm

La utilización eficaz del potencial energético del viento en una región promisoria requiere de adecuadas mediciones de su velocidad obtenidas mediante la instalación de cierto número de torres con anemómetros; estos datos se procesan y los resultados caracterizan dicho potencial. La presente investigación tiene como objetivo resolver un importante problema práctico: dada una región, determinar cuántas torres de muestreo deben ser instaladas y dónde hacerlo para que las mediciones obtenidas constituyan un sistema de datos representativo para el estudio de la velocidad del viento y del potencial energético. Se propone un procedimiento donde a partir de información previa sobre la topográfica, la rugosidad y la velocidad del viento en la región y su entorno, se pueden obtener las coordenadas de las torres mejor ubicadas sobre la base del cálculo del error probable medio de las estimaciones puntuales sobre la región.

The effective use of wind energy potential in a promising region requires adequate speed measurements obtained by installing a number of towers with anemometers, these data are processed and the results characterize this potential. This research aims to solve an important practical problem: given a region, determine how many sampling towers should be installed and where to do the measurements obtained to constitute a system of representative data for the study of wind speed and energy potential. From a process where prior information on the topographical, roughness and wind speed in the region and beyond, can be obtained the coordinates best placed tower on the basis of calculating the average probable error of the point estimates of the region is proposed.

Procedure to design sampling of the wind speed in a promissory region. Part II. Implementation and application

En la Parte I de este artículo fue establecido el algoritmo general de un procedimiento para el diseño del muestreo de la velocidad del viento cuyos resultados tengan la capacidad de minimizar el error probable medio durante una estimación del comportamiento espacio-temporal de la velocidad del viento. En la Parte II se describe el algoritmo de selección de puntos de muestreo y el algoritmo para el cálculo del error probable de estimación. El procedimiento para diseñarlas redes de muestreo eólico es implementado en una aplicación informática que facilita la aplicación del procedimiento a la selección de los puntos donde se ubicarán las torres anemométricas en una región promisoria del municipio Moa en la Provincia Holguín, Cuba. Los resultados obtenidos son comparados con el diseño obtenido en el año 2007 por la Empresa de Ingeniería y Proyectos de Electricidad del Ministerio de Energía y Minas de la República de Cuba.

In Part I of this article was established the general algorithm of a procedure for the sampling design of the wind speed and the results have the ability to minimize the average probable error for an estimate of the conduct spatiotemporal wind speed. In Part II the selection algorithm of sampling points and the algorithm for calculating the probable error estimation is described. The procedure for the sampling design is implemented in an computer software that facilitates the application from the procedure to the selection of the points where the anemometer towers will be located in a promissory region of the municipality Moa in the province Holguín, Cuba. The results are compared with the design obtained in 2007 by the Empresa de Ingeniería y Proyectos de Electricidad of the Ministry of Energy and Mines of the Republic of Cuba.

Improve of the energy efficiency in the processes of plastic pipe extrusion

El presente trabajo, muestra el desarrollo de una herramienta, para el mejoramiento energético, de los procesos de extrusión de tuberías plásticas, mediante la modelación del proceso de transferencia de calor, en estado transitorio, empleando para la solución el software Wolfram Mathematica 8.0. La herramienta desarrollada, posibilita en breve tiempo, la toma de decisiones para mantener un proceso optimizado, en función de las propiedades físicas, de las materias primas utilizadas, aumentando las producciones, con la consiguiente reducción de los índices de consumo, sin afectar la calidad del producto terminado. Esta herramienta posibilita además, conocer el comportamiento del equipamiento que procesa estas producciones ya que se definen los tiempos óptimos de enfriamiento, a partir de la temperatura, lo que posibilita ajustes rápidos y eficaces, por lo cual, se ahorran materias primas y puede actuarse, sobre posibles defectos técnicos del equipamiento, en los cuales intervienen las distintas especialidades destinadas a estas misiones.

This paper shows the development of a tool for energetic improve of plastic pipes extrusion processes by heat transference processes transients using the Wolfram Mathematica7 software. With this tool may take decisions quickly to keep an optimized process in function of the material properties used to increasing the productions and to reduce the consumption without quality affectations of end product. Further, with this tool is possible to know the equipment behavior because it is defined that the optimal cooling time from temperature what enables rapid adjustment and effective, saving materials and enable the actions before technical faults of the equipment, in which there are interventions of different technicians.