Ingeniería Energética

Agua de mar profunda como alternativa renovable para climatización en Cuba

Resumen En el presente trabajo se hizo un estudio sobre la oportunidad que existe en Cuba de usar agua de mar profunda como alternativa renovable para climatización. En él se identificaron las principales zonas costeras donde se pudo acceder a la profundidad requerida a una distancia racional de la orilla y los posibles usuarios con mayor potencial para este tipo de tecnología. Cada lugar contó con sus propias características por lo que, en calidad de ilustración, se eligió una zona específica para un estudio de caso, con el objetivo de evaluarse el impacto energético, económico y ambiental que se pudo lograr al sustituir los sistemas convencionales actuales de climatización por compresión de vapor. Las variables de entrada y los mapas se obtuvieron de información pública disponible y los umbrales de racionalidad de un proyecto dado se identificaron mediante el análisis exergoeconómico.

Abstract In this work, a study was carried out on the opportunity that exists in Cuba to use deep sea water as a renewable alternative for air conditioning. It identified the main coastal areas where the required depth could be accessed at a rational distance from the shore and the possible users with the greatest potential for this type of technology. Each place had its own characteristics so, as an illustration, a specific area was chosen for a case study, with the aim of evaluating the energy, economic and environmental impact that could be achieved by replacing the current conventional systems of vapor compression air conditioning. Input variables and maps were obtained from publicly available information and the rationality thresholds of a given project were identified through exergoeconomic analysis.

Selección de la curva típica de circuitos de distribución mediante la potencia aparente de Buchholz

Resumen La demanda de los circuitos de distribución primaria de la provincia de Camagüey se obtiene con medición inteligente en periodos de 15 minutos, que en conjunto con el sistema de control digital de interrupciones y conmutaciones en la red, generan grandes volúmenes de conjuntos de datos, por lo que el objetivo de este trabajo fue la selección del día típico de carga en términos de la potencia aparente de Buchholz, para el rango de fechas seleccionado en cada circuito de distribución a partir de la minería de datos, mediante un método estadístico implementado en una aplicación web elaborada en Python capaz de integrarse al sistema SCADA ION Enterprise, lo que permitió el cálculo de pérdidas técnicas para la optimización de las redes y la predicción de carga real que demanda el sistema con el uso de las teorías modernas de la potencia para los sistemas desbalanceados y asimétricos.

Abstract The demand of the primary distribution circuits of the Camagüey province is obtained with intelligent measurement in periods of 15 minutes, which together with the digital control system of interruptions and commutations in the network, generate large volumes of data sets, for The objective of this work was the selection of the typical day of load in terms of the apparent power of Buchholz, for the range of dates selected in each distribution circuit from data mining, by means of a statistical method implemented in a web application developed in Python capable of being integrated into the SCADA ION Enterprise system, which allowed the calculation of technical losses for the optimization of the networks and the prediction of the real load demanded by the system with the use of modern power theories for the unbalanced and asymmetric systems.

Implementation of a System for Forecasting Power Generation for Photovoltaic Parks

Resumen In this research, a 24 hours power generation forecast system is presented for photovoltaic facilities connected to the National Power Grid in Cuba. The system described, is based on the numerical weather forecast model WRF, which is run operationally four times a day at the Center of Atmospheric Physics of the Institute of Meteorology of Cuba. The system deliveries each day about the time of 7:00 AM the hourly forecasts of power generation for the next day, for a set of photovoltaic (PV) parks, so the National Charge Dispatch Office (DNC), which is responsible for planning the amount of energy to be generated in order to meet the estimated demand, can take into account the contribution of these facilities, which can be fluctuating in dependence of the weather conditions. The system forecasts are evaluated against power generation and solar radiation data, which is reported daily from each park.

En esta investigación se presenta un sistema de pronóstico de generación de energía de 24 horas para instalaciones fotovoltaicas conectadas al Sistema Interconectado Nacional en Cuba. El sistema descrito, se basa en el modelo numérico de predicción meteorológica WRF, que se ejecuta operativamente cuatro veces al día en el Centro de Física de la Atmósfera del Instituto de Meteorología de Cuba. El sistema entrega cada día alrededor de las 7:00 a.m. los pronósticos horarios de generación de energía para el día siguiente, para un conjunto de parques fotovoltaicos (PV), por lo que la Oficina Nacional del Despacho de Carga (DNC), encargada de planificar la cantidad de energía a generar para cubrir la demanda estimada, puede tener en cuenta la aportación de estas instalaciones, que puede ser fluctuante en función de las condiciones meteorológicas. Los pronósticos del sistema se evalúan contra la generación de energía y los datos de radiación solar, que se informan diariamente desde cada parque.

Herramientas interactivas para el trazado de las características mecánicas en accionamientos eléctricos

Resumen Las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones se han convertido en uno de los pilares fundamentales en el proceso docente educativo para el logro del aprendizaje significativo donde el estudiante se convierte en protagonista. En el proceso formativo de los ingenieros electricistas, el aprendizaje de algunos saberes resulta sumamente complejo. Un ejemplo constituye el estudio de las características mecánicas de los motores eléctricos y sus cargas mecánicas. Este trabajo tiene como objetivo analizar la aplicación de las herramientas innovadoras desarrolladas Geogebra y Jupyter Notebooks en la enseñanza de los accionamientos eléctricos. Geogebra proporciona una plataforma interactiva para visualizar y analizar conceptos matemáticos, mientras que Jupyter Notebooks ofrece un entorno flexible para el desarrollo de códigos y el análisis de datos. La aplicación de estas herramientas crea una rica experiencia de aprendizaje que promueve la comprensión conceptual, las habilidades para resolver problemas con enfoque científico y el pensamiento crítico.

Abstract Information and Communication Technologies (ICT) have become one of the fundamental pillars in the educational teaching process for achieving meaningful learning, where the student becomes the protagonist. In the educational process of electrical engineers, learning certain knowledge areas can be extremely complex. One example is the study of the torque-load curves of electric motors and their mechanical loads. This work aims to analyze the application of innovative tools such as Geogebra and Jupyter Notebooks in the teaching of electric drives. Geogebra provides an interactive platform for visualizing and analyzing mathematical concepts, while Jupyter Notebooks offers a flexible environment for code development and data analysis. The application of these tools creates a rich learning experience that promotes conceptual understanding, problem-solving skills with a scientific approach, and critical thinking.

Repotenciación de un generador de impulsos de tensión

Resumen Los generadores de impulsos de rayos son equipos muy costosos que se emplean para comprobar el nivel básico de aislamiento de los elementos que operan en los sistemas eléctricos de potencia. El generador de impulsos del Centro de Investigaciones y Pruebas Electroenergéticas (CIPEL), fue fabricado en la antigua Alemania del Este, y al desaparecer el Campo Socialista quedó sin soporte ni opción de acceder a refacciones, por lo que, a los diez años de explotación, comenzó a tener averías recurrentes en los circuitos que comandaban su funcionamiento. Esto lo llevaron a la baja técnica. El objetivo de este trabajo fue devolver la funcionalidad de este equipo.Se comprobó la estabilidad de su operación, obteniéndose las formas de ondas establecidas para las pruebas de impulsos, también se obtuvo la relación del divisor de tensión y la relación entre la tensión pico de salida y la tensión r.m.s. de carga del generador.

Abstract The lightning impulse generators are expensive equipments that are used to check the basic insulating level of the elements that operate in the electrical power systems. The impulse generator of the Center of Researches and Electric-energetical Tests was manufactured in the ancient East Germany, and when the Socialistic Field disappeared, left it without support neither option of repairing, because of this, at the age of ten years of exploitation, it began to have recurrent damages in the circuits that commanded its functioning. This took it to the technical drop. The objective of this work is giving back the functionality of this equipment. Its stability of operation was proved, obtaining the established wave shape for the lightning impulses tests. The voltage divider relation and relation between the outer pick voltage and the r.m.s. charge voltage were obtained also.

Modelación de la distribución de tensión de impulso en devanados de transformadores de distribución

Resumen El estudio de los fenómenos eléctricos que se originan durante la operación de los transformadores eléctricos es de vital importancia para predecir las consecuencias que estos traerán y mejorar el diseño del sistema y del propio transformador. Para realizar estos estudios es necesario emplear las herramientas de simulación existentes. La exactitud de la respuesta del proceso de simulación depende del grado de detalle y de la veracidad de los datos, así como el tipo de modelo matemático empleado, por lo que se hace necesario la obtención de estos datos y su aplicación en el modelo más idóneo para la simulación de cada fenómeno. En este artículo se presentan los resultados de un proyecto que consistió en la obtención mediante simulación, de la distribución de tensión a impulso dentro de los devanados de transformadores a partir de un modelo detallado con el objetivo final de comprobar la eficacia de los sistemas aislantes empleados en los prototipos utilizados.

Abstract The study of the electrical phenomena that originate during the operation of the transformers is of vital importance to predict the consequences that these will bring and to improve the design of the system and of the transformer itself. To carry out these studies it is necessary to use existing simulation tools. The accuracy of the response of the simulation process depends on the degree of detail and the veracity of the data, as well as the type of mathematical model used, so it is necessary to obtain these data and their application in the most suitable model for the simulation of each phenomenon. This paper presents the results of a project that consisted in obtaining, through simulation, the impulse voltage distribution within the transformer windings from a detailed model with the final objective of verifying the effectiveness of the insulating systems used in the transformers prototypes used.

Determinación de la causa raíz de fallas en transformadores de distribución

Resumen El transformador de distribución es un dispositivo de gran importancia, de su confiabilidad depende la disponibilidad de energía eléctrica en determinada área y la operación económica de la empresa eléctrica. El presente trabajo propone una metodología para determinar los modos y efectos de falla e identificar la causa raíz de diferentes modos de falla en los transformadores de distribución. Se combinaron métodos cómo el análisis de criticidad, el de modos y efecto de fallas y el análisis causa raíz, utilizando herramientas estadísticas. Se aplicó la metodología tomando como caso de estudio el registro del control de operaciones de transformadores de distribución en el taller Planta Maceo, de la provincia de Ciego de Ávila durante el año 2022 identificando las cusas raíces dominantes en cada uno de los modos de fallas graves del transformador y brindando información fundamental para la toma de decisionesa las empresas de distribución de energía eléctrica.

Abstract The transformer is a device of great importance in an electrical network, its reliability depends not only on the availability of electrical energy in a certain area, but also affects the economic operation of the electric company. The most common failures in a transformer can occur in different parts or components due to mechanical and electrical problems or thermal stress caused by different conditions, can eventually cause a short circuit and be catastrophic and costly. In the present work, a study of the most common failures that occur in the distribution transformer is carried out, taking as a case study the distribution transformer operations control record in the workshop Planta Maceo, in the province of Ciego de Avila during the year 2022. A methodology will also be used to determine the failure modes and the root cause of the failures in these distribution transformers, based on different analyses; which will allow perfecting the diagnosis of their technical condition to reduce the high failure rate of transformers and the increase of their useful life.

Perfeccionamiento de un sistema de pronóstico de generación eléctrica para parques fotovoltaicos

Resumen En esta investigación se ha llevado a cabo un conjunto de experimentos que consisten en cambiar los parámetros en la configuración del modelo numérico de pronóstico del tiempo WRF y evaluar las cifras de error en los pronósticos de generación de energía de 24 horas en veinte parques fotovoltaicos para una serie de cuarentadías seleccionados entre abril y junio de 2020. Los pronósticos se han implementado utilizando la radiación solar emitida por el sistema de pronóstico SisPI implementado en el Centro de Física de la Atmósfera del Instituto de Meteorología de La Habana, Cuba, que se basa en el modelo WRF. El pronóstico de generación se inició utilizando la configuración operativa de WRF, que está optimizada principalmente para producir los mejores pronósticos de precipitación, particularmente la precipitación convectiva. Los experimentos realizados en este estudio, permitieron definir un nuevo esquema de configuración que mejora la radiación solar y, posteriormente, los pronósticos de generación de energía.

Abstract In this investigation a set of experiments has been carried out consisting on changing parameters on the configuration of the WRF numerical weather forecast model, and evaluating error figures on the 24 hours power generation forecasts at twenty PV parks for a series of 40 selected days between April and June of 2020. The forecasts have been implemented using the solar radiation output of the SisPI forecast system implemented at the Center of Physics of the Atmosphere from the Institute of Meteorology in Havana, Cuba; which is based on the WRF model. The generation forecast was initiated using the operational configuration of WRF, which is optimized mainly to produce the best precipitation forecasts, particularly convective precipitation. The experiments undertaken in this study, allowed to define a new configuration scheme that improves the solar radiation and, subsequently, the power generation forecasts.

Sistema para predicción de la generación en bloques de plantas fotovoltaicas

Resumen La predicción de la generación energética en plantas fotovoltaicas conectadas a un sistema eléctrico es objeto de constante estudio y desarrollo. En objetivo de este trabajo es desarrollar un método para la predicción de la generación a corto plazo. Esta predicción se realiza a partir de la aplicación de programas de predicción para plantas fotovoltaicas desarrollados basados en redes neuronales recurrentes y convolucionales. Como datos de entrada se consideran irradiación solar y temperatura ambiente. Se aplican métodos experimentales, utilizando los datos históricos del comportamiento de estas variables, y aplicando diferentes métodos de preprocesamiento de estos datos y postprocesamiento de las predicciones básicas, lo cual proporciona predicciones con mayor exactitud. Como principal resultado se obtiene un método de predicción, con una mejor exactitud en las horas centrales del día. Se presentan los resultados de las predicciones para un grupo de plantas demostrándose la factibilidad de aplicación del método.

Abstract The prediction of energy generation in photovoltaic plants connected to an electrical system is the subject of constant study and development. The objective of this work is to develop a method for short-term generation prediction. This prediction is made from the application of prediction programs for photovoltaic plants developed based on recurrent and convolutional neural networks. Solar irradiation and ambient temperature are considered as input data. Experimental methods are applied, using historical data on the behavior of these variables, and applying different methods of pre-processing these data and post-processing the basic predictions, which provides predictions with greater accuracy. The main result is a prediction method, with better accuracy in the central hours of the day. The results of the predictions for a group of plants are presented, demonstrating the feasibility of applying the method.

Coordinación de protecciones y análisis de fallas en circuitos de distribución, caso del circuito Y410

Resumen El circuito Y410 de la red de distribución del municipio Camagüey posee una gran extensión, su traza es rural,y posee un elevado número de interrupciones. En la sección inicial se tienen clientes importantes como el Frigorífico y el IPVCE. A partir de que la mayor cantidad de afectaciones no ocurren en esta parte inicial, se propuso estudiar este circuito con el objetivo demover de posición el Nulec Y230 hasta la posición del desconectivo C214. Además, se estudió la posibilidad de sincronizar a este circuito el PSFV ¨Antonio Pías Gómez I¨ y el PSFV ¨Antonio Pías Gómez II¨de 2.5 MWp cada uno. El circuito se modeló, realizándose el flujo de cargas, el estudio de los niveles de cortocircuito y la coordinación de protecciones eléctricas. Los resultados del estudio permitieron la conexión de los sistemas fotovoltaicos, pero no el movimiento del Nulec Y230 a la posición de la C214.

Abstract The Y410 circuit of the distribution network of the municipality of Camagüey has a large extension, its layout is rural, and it has a high number of interruptions. In the initial section there are important clients such as Frigorífico and IPVCE. Since the greatest number of effects do not occur in this initial part, it was proposed to study this circuit with the objective of moving the Nulec Y230 from its position to the position of the disconnector C214. In addition, the possibility of synchronizing the PSFV ¨Antonio Pías Gómez I¨ and the PSFV ¨Antonio Pías Gómez II¨ of 2.5 MWp each to this circuit was studied. The circuit was modeled, carrying out the flow of loads, the study of short circuit levels and the coordination of electrical protections. The results of the study allowed the connection of the photovoltaic systems, but not the movement of the Nulec Y230 to the position of the C214.

Aprendizaje organizacional en la Unión Eléctrica de Cuba

Resumen La Unión Eléctrica requiere un cambio en el paradigma organizacional para lograr una alta penetración de las fuentes renovables de energía, de cara a la Agenda 2030. Esto implica cambio en las tecnologías, estructura y personas; además, condiciona la necesidad de un proceso intenso de aprendizaje organizacional subsumido en la gestión de la innovación tecnológica. La experiencia internacional y la práctica empresarial, recientes, en investigaciones sobre innovación tecnológica, se han enfocado fundamentalmente al estudio de las dimensiones/factores que lo constituyen, con énfasis en los organizativos y socio-sicológicos. En el trabajo, se determinaron las dimensiones del aprendizaje organizacional en la Unión Eléctrica con el cuestionario Dimensiones en las Organizaciones que Aprenden, adecuado y validado el contexto cubano por Quesada et al. (2018); y adaptado por las autoras. Como resultado, se determinaron las brechas existentes y se proponen mejoras para elevar lacapacidad de autoaprendizaje y asimilar las nuevas tecnologías adquiridas.

Abstract The Cuban Electric Corporation requires a change in the organizational paradigm to achieve a high penetration of renewable energy sources, based on the change of the energy paradigm in the country, in order to face 2030 Agenda. This implieschanges in technology, structure and people, moreover,its create the need for this organization to develop an intense process for the organizational learning; this process is subsumed in themanagement of technological innovation. The recently International experiences and business practices have focused mainly on the study of the dimensions/factors that constitute the organizational learning, with emphasis on organizational and socio-psychological factors. In the work, the dimensions of organizational learning in the Unión Eléctrica were determined with the Dimensions in Learning Organizations questionnaire, appropriate and validated in the Cuban context by Quesada et al. (2018); and adapted by the authors. As a result, the existing gaps were determined and it is proposed improvements to raise the capacity forself-learning and assimilating the new technologies acquired.

Influencia de la carga de los vehículos eléctricos en las redes de distribución secundarias

Resumen Desde hace varios años, la circulación de vehículos eléctricos se ha incrementado en el país, por lo que se hace necesario estudiar sus impactos en las redes de distribución secundarias. En el proceso de carga de las baterías, se emplean convertidores de potencia controlados, por lo que estas cargas son consideradas como no lineales y provocan la ocurrencia de problemas de calidad de la energía. En el trabajo se estudia, con un experimento, el efecto de los cargadores de baterías empleados en triciclos eléctricos y motorinas. Los resultados revelan que, los equipos que se emplean durante la carga de las baterías, producen armónicos en las corrientes, con valores altos de distorsión armónica. Además, se realiza un análisis del consumo energético y de combustible de estos vehículos, demostrando que los vehículos eléctricos constituyen una alternativa al transporte que presenta menor consumo de combustible, menores costos para el usuario y menor impacto medioambiental.

Abstract For several years, the circulation of electric vehicles has increased in the country, so it is necessary to study their impacts on secondary distribution networks. In the process of charging the batteries, controlled power converters are used, so these charges are considered non-linear and cause the occurrence of power quality problems. At work, the effect of battery chargers used in electric tricycles and motorcycles is studied by an experiment. The results reveal that the equipment used during battery charging produces harmonics in the currents, with high values of harmonic distortion. In addition, an analysis of the energy and fuel consumption of these vehicles is carried out, demonstrating that electric vehicles constitute an alternative to transport that presents lower fuel consumption, lower costs for the user and lower environmental impact.

Método de selección de baterías mediante un modelo de análisis de datos

Resumen La selección de baterías para garantizar el funcionamiento ininterrumpido de centrales de telecomunicaciones requiere de personal especializado. Es un proceso complejo que impacta sobre la ejecución de los proyectos. El presente trabajo propone una función programada en MATLAB, para la selección automática del modelo ideal de baterías de plomo-ácido para la alimentación de respaldo de los centros de comunicaciones, a partir de tablas de datos de catálogo. A partir de estos datos, se identificó la distribución logarítmica como la que caracteriza las curvas de tiempo de autonomía en función de la corriente de descarga. Se ajustaron los modelos de regresión correspondientes y se utilizaron las ecuaciones resultantes para seleccionar la cantidad y capacidad de baterías apropiadas para respaldar cargas específicas, en períodos de tiempo no especificados por el fabricante. De esta manera se logra una herramienta que contribuya a la formación de los proyectistas y operadores de redes de comunicaciones.

Abstract The selection of batteries to guarantee the uninterrupted operation of telecommunications centres requires specialized personnel. It is a complex process that impacts on the execution of projects. The present work proposes a function programmed in MATLAB, for the automatic selection of the ideal model of lead-acid battery for backup power supply of communication centers, from catalog data tables. From these data, the logarithmic distribution was identified as the one that characterizes the autonomy time curves as a function of the discharge current. The corresponding regression models were fitted and the resulting equations were used to select the appropriate number and capacity of batteries to support specific loads, in periods of time not specified by the manufacturer. In this way, a tool is achieved that contributes to the training of designers and operators of communication networks.

Un modelo agregado universal de motores asincrónicos trifásicos para análisis en sistemas eléctricos de potencia

Resumen Los motores asíncronos trifásicos representan entre el 60% y el 75% del consumo mundial. Su elevada incidencia en las curvas de carga de un país y, por consiguiente, en el funcionamiento de los sistemas eléctricos hace necesario el desarrollo de modelos que permitan su análisis de forma efectiva y su uso en los softwares para los análisis de redes eléctricas. En cualquier industria existe gran cantidad de máquinas eléctricas ubicadas en Centros de Control de Motores conectados todos a una misma barra. Es posible agrupar todos los motores que están conectados a una misma barra conformando un solo motor equivalente. En el presente trabajo se presenta una metodología para la obtención de los parámetros de un agregado. A partir de su aplicación a tres casos de estudio diferentes se llegan a obtener los parámetros de un modelo agregado universal de motor asincrónico trifásico para análisis en sistemas eléctricos de potencia.

Abstract Three-phase asynchronous motors represent between 60% and 75% of world consumption. Their high incidence in the load curves of a country and, consequently, in the operation of electrical systems makes necessary the development of models that allow their analysis in an effective way and their use in software for the analysis of electrical networks. In any industry there are a large number of electrical machines located in Motor Control Centers all connected to the same busbar. It is possible to group all the motors that are connected to the same busbar forming a single equivalent motor. This paper presents a methodology for obtaining the parameters of an aggregate. From its application to three different case studies, the parameters of a universal aggregate model of a three-phase asynchronous motor for power system analysis are obtained.

Empleo del GeoGebra en el análisis fasorial de los Circuitos Eléctricos

Resumen Las asignaturas de Circuitos Eléctricos constituyen la base fundamental para la formación de los ingenieros electricistas, dentro de las habilidades a desarrollar en esas asignaturas se encuentra el análisis de los diagramas fasoriales de los circuitos eléctricos, aspecto importante para el ingeniero en formación ya que, en la práctica es necesario conocer la relación que existe entre la tensión y la corriente en el plano complejo de un determinado circuito. Por otra parte, GeoGebra es un software libre interactivo de matemáticas que permite la representación gráfica y el tratamiento algebraico de funciones. Es por ello que el objetivo del artículo es proponer una metodología analítica y mediante la simulación con el software GeoGebra para el análisis de los diagramas fasoriales que ayude a mejorar el proceso de enseñanza - aprendizaje de las asignaturas de Circuitos Eléctricos para los estudiantes de 2do año.

Abstract The Electrical Circuits subjects constitute the fundamental basis for the training of electrical engineers, within the skills to be developed in these subjects is the analysis of the phasor diagrams of electrical circuits, an important aspect for the trainee engineer since, in practice, it is necessary to know the relationship between voltage and current in the complex plane of a given circuit. On the other hand, GeoGebra is a free interactive mathematics software that allows the graphical representation and algebraic treatment of functions. That is why the objective of the article is to propose an analytical methodology and through simulation with the GeoGebra software for the analysis of phasor diagrams that helps to improve the teaching-learning process of Electrical Circuits subjects for 2nd year students.