Ingeniería Energética

EDITORIAL

Optimización multiobjetivo del balance de fases en circuitos de distribución primaria

El desequilibrio de las corrientes de fase en los circuitos de distribución primaria provoca dos problemas fundamentales: las pérdidas de energía en los alimentadores se incrementan y la presencia de una alta corriente de neutro en operación normal hace difícil la detección de los fallos de tierra por las protecciones correspondientes. El presente trabajo implementa una aplicación del algoritmo genético por ordenamiento no-dominado (NSGA-II) para el problema de balance de fases, la cual determina las mínimas reconexiones necesarias de los ramales bifásicos y monofásicos, así como de los bancos trifásicos de transformadores y los transformadores monofásicos de distribución, para minimizar ambas: las pérdidas de energía y la máxima corriente de neutro del circuito. El comportamiento exitoso de esta aplicación se logra por la nueva definición del conjunto de variables independientes, lo que permite al NSGA-II seleccionar los elementos a reconectar. El ejemplo resuelto muestra las posibilidades de la presente aplicación.

The unbalance of the phase currents in the primary distribution circuits produces two fundamental problems: the energy losses in the primary conductors are increased and the presence of a high neutral current on normal operation make it difficult the detection of earth faults by the neutral over current relays. The present work implements a Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II) application for the phase balancing problem, which search for the minimal reconnection needed for the two-phase three-wire and the single-phase two-wire circuit laterals, as well as for the three-phase transformer banks and the single-phase distribution transformers, to minimize both: the energy losses and the maximum neutral current of the circuit. The successful performance of this application is achieved by the new definition of the set of independent variables, which permits the NSGA-II to optimize the selection of the elements to be reconnected. A test example is solved to shows the features of the presented approach.

Respuesta en frecuencia como herramienta de evaluación en pruebas de impulso a transformadores

Se presentan los resultados sobre el procedimiento de diagnóstico realizado a un conjunto de transformadores por el método de análisis de respuesta en frecuencia ante pruebas de impulsos. En la mayoría de los laboratorios especializados el registro de las ondas de la prueba de impulsos se realiza en el dominio del tiempo, para luego analizar los resultados mediante la comparación de los oscilogramas de tensión y corriente. Este procedimiento posee dos debilidades: tiene poca sensibilidad y depende del subjetivo criterio del operario. Ante estos obstáculos, el presente artículo se propone dar a conocer un método de análisis de resultados que permita superar las debilidades del método tradicional. En consecuencia, se procede a la conversión de las señales obtenidas en el dominio del tiempo al dominio de la frecuencia, y a la posterior interpretación de los resultados mediante un indicador estadístico que permite comparar los oscilogramas obtenidos

In this work a group of results are shown in regard of a diagnosis procedure performed on a group of transformers using the frequency response method in impulse testing. In most specialized laboratories, the recording of test waves obtained from impulse testing its done in time domain to later on analyze the results by means of comparing tension and current oscillograms. This procedure has two weaknesses: little sensitivity and depends entirely on the workers criteria. To overcome these obstacles this article intends to present the possibility of applying a different analysis method that eliminates the weaknesses of the traditional method: signals obtained in times domain are transformed to frequencys domain to later on interpret the results by means of a statistical indicator that allows to compare the obtained oscillograms

Evaluación de la exergía de la radiación solar utilizando datos reales

El objetivo del trabajo es la evaluación de la exergía de la radiación solar. Comúnmente la exergía de la radiación solar es evaluada según la expresión de Jeter o de Petela. La radiación que llega a la superficie terrestre no es la de un cuerpo negro debido a la presencia de la atmósfera, existiendo radiación directa y radiación difusa. En este trabajo se empleó el método de Pons, que integra los flujos entrópicos de ambos tipos de radiación. Este método es aplicado a datos meteorológicos reales permitiendo determinar el flujo de exergía real de la radiación solar (total, directa y difusa). Como resultado se obtuvo el mejor valor del factor de exergía de la radiación solar (0,867), así como los factores de exergía de la radiación directa (0,911) y de la radiación difusa (0,734), todos para la data meteorológica empleada.

The aim of this study is the evaluation of the availability of solar radiation. Commonly the expressions of Jeter or Petela are used to evaluate the exergy of solar radiation. The radiation reaching the surface of the earth is not like a black body radiation due to the presence of the atmosphere, existing direct radiation and diffuse radiation. Therefore, in this paper the Ponss method, which integrates the entropic flows of both types of radiation is used. This approach is applied to real meteorological data allowing to determine the actual exergy flow (total, direct and diffuse) of the solar radiation in the area. As results, the best values of the exergy factor of solar radiation (0,867) and exergy factors related to direct radiation (0,911) and to diffuse radiation (0,734) were obtained for the meteorological data used.

Reconfiguración de sistemas de distribución mediante algoritmos genéticos basados en la teoría de grafos

La reconfiguración de sistemas eléctricos de distribución constituye un problema de optimización de la operación de los sistemas eléctricos de potencia. Los algoritmos genéticos (AG) presentan numerosas aplicaciones en el campo de la optimización. La ventaja principal radica en su relativa simplicidad para formular problemas matemáticamente complejos. También se ha planteado que los métodos basados en AG son mejores que los algoritmos heurísticos tradicionales en la obtención del óptimo global. Sin embargo, cuando los AG son aplicados al problema de reconfiguración aparece la necesidad de realizar comprobaciones de radialidad que recargan notablemente su algoritmo matemático. La naturaleza aleatoria del proceso de generación de variantes hace que muchas deban ser rechazadas por no cumplir las premisas de conexión impuestas al problema. En este trabajo se presenta una formulación basada en ciertos principios de la teoría de grafos que evita los inconvenientes de la realización de estos chequeos.

The reconfiguration of distribution electric systems constitutes an optimization problem of the electric power systems operation. The genetic algorithms (GA) present numerous applications in the field of the optimization. The main advantage resides in its relative simplicity to formulate problems mathematically complex. It also has been thought that the methods based on GA are better than the traditional heuristic algorithms in the global optimum obtainment. However, when the GA is applied to the reconfiguration problem appears the necessity of carrying out radiality verifications that recharge their mathematical algorithm notably. The random nature of the variants generation process makes that many of them should be rejected by not fulfilling the connection premises imposed to the problem. In this work a formulation is presented based on certain principles of the graph theory that avoids the inconveniences of the realization of these checkups.

Metodología para el cálculo acoplado neutrónico-termohidráulico del reactor nuclear de agua ligera de alto desempeño

El uso del agua supercrítica como refrigerante en los reactores nucleares es un reto para su diseño y operación, pues es necesario tener en cuenta la fuerte influencia de las propiedades termodinámicas del agua supercrítica enlas propiedades moderadoras de los neutrones. En este trabajo se desarrolló una metodología basada en un código de Monte-Carlo para el cálculo neutrónico y un código de dinámica de fluido computacional para el cálculo termohidráulico, con el objetivo de realizar el cálculo acoplado neutrónico-termohidráulico de un conjunto combustible de un reactor de agua supercrítica de alto desempeño. Empleando la metodología desarrollada fueron obtenidos los perfiles de temperatura y potencia liberada en las barras combustibles del conjunto, los de temperatura en la envoltura de los elementos combustibles y los perfiles de temperatura y densidad del agua en la zona refrigerante y en la zona moderadora del conjunto. Los resultados describen acertadamente el comportamiento de dichos parámetros en el conjunto combustible promedio.

The use of supercritical water as a coolant in nuclear reactors is a challenge for its design and operation, it is necessary to consider the strong dependence between the thermodynamic properties of supercritical water and the properties as moderator of neutrons. This paper presents a methodology based on a Monte-Carlo code for neutronic calculation and a computational fluid dynamics code for thermohydraulic calculation, with the aim of making the coupled neutronic-thermohydraulic analysis of a High Performance Light Water Reactorfuel assembly. Using the developed methodology, temperature profiles and power released in the fuel rods, the cladstemperature distribution and the temperature and water density profiles in the cooling and moderator zone were obtained. The results, accurately, describe the behavior of these parameters in the average fuel assembly.

Método para la evaluación de la eficiencia e impacto ambiental de un generador de vapor

En el trabajo se expone un método para la evaluación de la eficiencia energética y el impacto ambiental de un generador pirotubular. Se describen las pérdidas que se producen en la caldera y los valores esperados de las mismas. Mediante el uso de equipos no invasivos como la cámara termográfica, medidor de flujo ultrasónico y analizador de gases de la combustión se determina el perfil de temperatura superficial, el flujo de agua alimentar y la composición de los gases de la combustión, los cuales son necesarios para el cálculo del rendimiento energético aplicando los métodos convencionales directo e indirecto y la evaluación exergética que valora la irreversibilidad interna de la caldera. Se evalúa el grado de sobredimensionamiento en instalaciones que trabajan subutilizadas en el momento de la inspección y se estima el impacto ambiental que produce el funcionamiento de dicho equipo

This work deals witha methodfor assessingenergy efficiencyand environmental impactof afire tube.Lossesthat occurin the boiler andthe expectedvalues thereofare described. By usingnon-invasiveequipmentasthe ultrasonic imagerflow meterandthegas analyzercombustion,surface temperatureprofileis determined, the flow offeedwaterandthe composition of thecombustion gases, which are necessaryfor calculating theenergy performanceby applyingdirect and indirectconventional assesses methods andexergy evaluationof the boilerirreversibilities.The degree ofover sizinginunderutilized offacilitiesworkingat the timeof the inspection wasestimatedas well asthe environmentalimpact caused bytheoperation of the equipment

Dinámica de un convertidor boost con inclusión de resistencias parásitas controlado con ZAD

Como dispositivos electrónicos conmutados podemos destacar los convertidores elevador (boost) y reductor (buck), cada uno con su respectiva configuración y aplicaciones en electrónica de potencia. El modelo matemático del convertidor boost se representa por sistemas de ecuaciones diferenciales suaves a tramos pero con discontinuidades en algunos puntos, generando por lo tanto comportamientos muy complejos como cuasi periodicidad y caos cuando este es controlado. El presente artículo propone un nuevo modelo para un convertidor DC-DC tipo boost, en el cual se incluyen resistencias parásitas. Luego el convertidor es controlado usando control no lineal cuasi deslizante ZAD. Simulaciones numéricas en Matlab muestran la presencia de bifurcaciones y comportamiento caótico. A través de los exponentes de Lyapunov se determina el intervalo donde hay presencia de caos. Luego se implementa la técnica de control FPIC para reducir el caos y lograr estabilizar al sistema, esto se evidencia mediante diagramas de bifurcaciones para la tensión y la corriente

As power electronic devices we highlighted the boost and buck converters, each with its respective configuration and power electronics applications. The mathematical model of the boost converter is represented by systems of differential equations piecewise smooth but with discontinuities at some points, thus generating very complex behaviors as quasi-periodicity and chaos when this is controlled. This article proposes a new model for a DC-DC boost converter in which parasitic resistances are included. Then the converter is controlled using non-linear and quasi-sliding ZAD control. Numerical simulations in Matlab show the presence of bifurcations and chaotic behavior. Through Lyapunov exponents it is determines the interval where there is presence of chaos. Then the system is controlled with FPIC to reduce and stabilize chaos, this is evidenced by bifurcation diagrams for voltage and current

Simulación de un sistema de refrigeración solar por absorción

Este artículo presenta la simulación de un sistema de refrigeración solar por absorción como una alternativa para la climatización de edificaciones en climas cálidos y húmedos. Esta simulación fue realizada empleando el programa TRNSYS 17; muy usado, actualmente, por muchos investigadores para estudiar diversas tecnologías. El sistema simulado consta de 120 m² de captadores solares de tubos al vacío, un tanque de almacenamiento de agua caliente de 3,2 m³, y una máquina de absorción de bromuro de litio y agua de 35,2 kW. Los resultados obtenidos muestran que se puede garantizar la demanda de enfriamiento con esta tecnología durante 8 meses del año. El sistema de captación solar simulado aporta una fracción solar anual de hasta un 60 %y el COP promedio anual de la máquina de absorción se encuentra entre los valores reportados en la bibliografía para sistemas similares

This article shows the simulation of absorption solar refrigeration system as an alternative for the air conditioning of buildings in hot and humidity climate. This simulation was carried out usingthe programTRNSYS 17; this software is very used by the research for the study of differenttechnologies. The simulated system have 120 m² of vacuum tube collectors solar, a tank of storage of hot water of 3,2 m³, and anabsorption machine of Bromide of Lithium and Water of 35,2 kW. The results obtained shows that the simulated system gives the cooling demand for 8 months. The solar system simulated give a solar annual fraction of 60 % and the annual average COP of absorption machine take a valor according for the others similar systems report in the State of Art