Sistemas eléctricos de potencia: Análisis de funcionamiento, compatibilidad electromagnética y calidad de servicio

En años recientes se han producido en todo el mundo importantes reformas institucionales y organizativas de los grandes sistemas de interconexión eléctrica, introduciendo elementos económicos de mercado para la formación de precios de la energía eléctrica y para la remuneración de su transporte. Estas reformas hicieron que las empresas de energía eléctrica produjeran energía de mayor calidad y a menor precio, minimizando costos de operación y retrasando inversiones para la expansión las redes. El despacho de las plantas generadoras en la forma más económica es el modo más importante de reducir los costos; los estudios de estabilidad de tensión de sistemas que operan cercanos a los límites técnicos es el modo de optimizar la utilización de las redes y minimizar las inversiones. La planificación de la operación del Sistema Argentino de Interconexión (SADI), tiene como objetivo minimizar el valor esperado sobre las hidrologías del costo de operación más falla del parque generador. (...) El SADI posee un inusual despliegue geográfico de su trazado, con grandes centrales eléctricas muy alejadas de los principales centros de consumo. Esta característica, sumada al hecho del constante incremento de la potencia transmitida, hace que sea susceptible a sufrir fallas tales como el colapso de las áreas más comprometidas o del sistema completo (black-out). El estudio de las posibles condiciones de colapso de tensión es la forma más adecuada de prevenir este tipo de evento que originarían cuantiosas pérdidas para las empresas de energía y para la industria nacional. El objetivo del presente proyecto es indagar en la aplicación de técnicas: a) De optimización evolutiva para resolver el problema del DE del SADI, comparándolas con los desarrollos actualmente utilizados. b) Para el diagnóstico de un posible colapso de tensión en el sistema y las medidas a aplicar para que tal evento no se produzca.

MEDICIÓN DE UN BRAZO DE PALANCA Y CÁLCULO DE LA INCERTIDUMBRE

En este trabajo se detalla el procedimiento de calibración del brazo de palanca de un freno de ensayo de motores eléctricos, el cual constituye la parte inicial de un proceso de calibración más amplio consistente en verificaciones adicionales de celdas de carga y medidores de velocidad. Dicho procedimiento se desarrolló y ejecutó íntegramente en el laboratorio del CIDEME (Centro de Investigación, Desarrollo y Ensayo de Máquinas Eléc-tricas), que está en proceso de implementación de las normas de calidad IRAM 301/ISO 17025. Consistió básicamente en 1) el diseño y la construcción de un calibre ajustado a las características del freno, 2) la medición y verificación de dicho instrumento, 3) su montaje en el freno y el marcado de la longitud del brazo de palanca, y 4) la obtención de la incertidumbre de la medición. La tarea se llevó a cabo con éxito, ya que permitió obtener valores acordes a los estándares del laboratorio y ganar experiencia para extender el procedimiento a los otros frenos de menor potencia disponibles.

MEDICIÓN DE UN BRAZO DE PALANCA Y CÁLCULO DE LA INCERTIDUMBRE

En este trabajo se detalla el procedimiento de calibración del brazo de palanca de un freno de ensayo de motores eléctricos, el cual constituye la parte inicial de un proceso de calibración más amplio consistente en verificaciones adicionales de celdas de carga y medidores de velocidad. Dicho procedimiento se desarrolló y ejecutó íntegramente en el laboratorio del CIDEME (Centro de Investigación, Desarrollo y Ensayo de Máquinas Eléc-tricas), que está en proceso de implementación de las normas de calidad IRAM 301/ISO 17025. Consistió básicamente en 1) el diseño y la construcción de un calibre ajustado a las características del freno, 2) la medición y verificación de dicho instrumento, 3) su montaje en el freno y el marcado de la longitud del brazo de palanca, y 4) la obtención de la incertidumbre de la medición. La tarea se llevó a cabo con éxito, ya que permitió obtener valores acordes a los estándares del laboratorio y ganar experiencia para extender el procedimiento a los otros frenos de menor potencia disponibles.

Influencia del nitruro de aluminio (AlN) en la microestructura y textura cristalográfica de laminaciones de uso eléctrico

El presente estudio se orienta a materiales de aplicación en la fabricación de motores y transformadores de potencias medias a bajas (laminaciones), abordando en el mismo los aspectos inherentes a la etapa de recocido descarburante realizado por el usuario. Dicho tratamiento térmico permite modificar el contenido de carbono original alcanzando niveles muy bajos (< 0,005%C). Además, se debe aumentar el tamaño de grano a valores óptimos para conseguir las mejores propiedades magnéticas: bajas pérdidas y alta permeabilidad. Este crecimiento de grano está fuertemente influido por las características morfológicas y por la cantidad de partículas de segunda fase precipitadas, de las cuales el nitruro de aluminio (AlN) es el principal inhibidor de crecimiento. Su control o la predicción de su influencia es el objetivo de los usuarios de laminaciones, para obtener un tamaño de grano adecuado. En consecuencia, este trabajo propone un estudio exhaustivo del comportamiento del AlN en el anclaje del borde de grano y en la formación de la textura cristalográfica, y la posibilidad de modelizar matemáticamente su influencia. El objetivo general de este trabajo es el estudio integral de la optimización del tratamiento térmico de los aceros eléctricos, para su aplicación por parte de las empresas usuarias de dichos materiales. Como objetivo específico, en este trabajo se propone la observación microscópica con microscopía de transmisión, de las partículas de NAl en aceros de bajo carbono de uso eléctrico, para inferir sobre su influencia en el crecimiento controlado del tamaño de grano y en la formación de textura. Se propone, además, intentar la modelización del anclaje de grano que producen los nitruros de aluminio.

Estudio de propiedades interfaciales de interés en electroquímica, catálisis heterogénea y corrosión

La estructura y propiedades de la interfase electroquímica son el resultado de las interacciones que se producen entre los distintos componentes de una solución electrolítica y el electrodo metálico. En particular, las interacciones anión/metal han sido objeto de considerable interés en los últimos años gracias al desarrollo de nuevas técnicas que han permitido el estudio tanto in situ como ex situ de las características de este enlace de adsorción. Los iones específicamente adsorbidos modifican la distribución de carga y la estructura de la interfase y consecuentemente influencian los procesos que ocurren en ella. De allí que la comprensión de las interacciones anion/electrodo es de fundamental importancia en relación con procesos electroquímicos de relevancia tales como corrosión, UPD y electrocatálisis. Por ello, hemos encarado el estudio de procesos de adsorción de aniones sobre superficies metálicas desde un punto de vista teórico utilizando métodos mecánico cuánticos. El objetivo general de este proyecto es lograr una comprensión a nivel atómico-molecular de los procesos de adsorción en la interfase metal/vacío y metal/solución. Los estudios de adsorción de aniones tienen como objetivo entender desde un punto de vista molecular la naturaleza de procesos tales como fosfatizado de metales, corrosión, disolución de óxidos, cambios de reactividad por el agregado de aditivos, etc. pues la primera etapa de todos estos procesos siempre involucran la adsorción de aniones sobre la superficie. Por ello es necesario realizar simulaciones realísticas que representen adecuadamente el entorno de la interfase electroquímica. Por lo tanto, para poder entender las interacciones anión/metal en la interfase electroquímica es necesario considerar la adsorción de aniones hidratados sobre superficies metálicas como así también la coadsorción de aniones con moléculas de agua y otros aniones. Este grado de complejidad constituye nuestro objetivo general para poder comprender procesos macroscópicos tales como los de corrosión a nivel molecular. Los objetivos específicos de este proyecto son el estudio de las distintas propiedades del enlace anión/metal tales como la energía de adsorción, la transferencia de carga del anión al metal y relajación del anión como consecuencia del proceso de adsorción. Estas propiedades se investigarán tanto para aniones hidratados como no hidratados en presencia de campos eléctricos aplicados externamente y comparables con los que existen en una interfase electroquímica. Se continuarán los estudios de oxoaniones y ahora se considerará la hidratación de ellos, especialmente sulfato. El objetivo en este caso es comprender la influencia de la capa de hidratación en el enlace anión/metal. También se estudiará la influencia del campo eléctrico en la geometría de adsorción de moléculas de agua. El objetivo en este caso es comprender el mecanismo de disociación del agua por efecto del campo eléctrico en sus productos de descomposición: OH- y H3O+.

Estudio, diseño e implementación de un circuito integrado de aplicación específica para registradores en cadenas de frío

Uno de los factores que afectan seriamente la calidad de los productos lácteos es la continuidad de la cadena de frío desde que los mismos salen de la planta hasta que es vendido a los consumidores. El aseguramiento de la antes citada cadena es particularmente importante en la etapa de transporte debido a los períodos muchas veces prolongados que deben transcurrir hasta la llegada de los productos a los centros de consumo, correspondiendo esta responsabilidad a las empresas de transporte. De la importancia de la etapa de transporte se deduce el interés de las industrias de auditar de alguna forma a las empresas encargadas del mismo, de al forma de garantizar la continuidad de la cadena del frío, ya que de llegar a consumirse un producto en mal estado, la productora de lácteos sufriría serios problemas de imagen ante los consumidores que se traducirían en dificultades a la hora de intentar posicionar sus productos en el mercado. De aquí la importancia de control de los transportistas, siendo absolutamente necesario disponer de equipamiento que permita efectuarlo. Dicho equipamiento deberá ser de bajo costo, debido fundamentalmente a la gran cantidad de unidades a controlar, de bajo consumo, totalmente independiente de las instalaciones del equipo de transporte, fácilmente programable y utilizable, de gran confiabilidad, y por sobre todo totalmente inviolable de tal forma de evitar la alteración de los datos contenidos en el sistema. (...) (...) El presente proyecto tiene por objetivo el desarrollo, simulación e implementación de un Circuito Integrado de Aplicación Específica (ASIC), que logre reunir en un solo circuito integrado toda la electrónica asociada a un registrador de temperaturas para control de continuidad de cadenas de frío. Dicho desarrollo se llevará a cabo mediante la utilización de técnicas microelectrónicas que permiten el diseño del ASIC mediante programas de Diseño Asistido por Computadora, su simulación lógica-temporal mediante simuladores eléctricos y finalmente la obtención de las máscaras de fabricación del circuito integrado para su posterior fabricación en el extranjero. (...) Específicamente, durante el período para el cual se solicita el apoyo, se deberán superar las etapas de diseño, simulación, extracción de componentes parásitos del layout, resimulación y obtención del circuito integrado mediante gestión de fabricación en el extranjero. Dicho prototipo deberá ser evaluado para determinar la perfomance del mismo y establecer sus especificaciones. Con posterioridad se construirán tres instrumentos prototipos para su evaluación mediante pruebas en funcionamiento real.

Analisis De Mercados De Energía Eléctrica Competitivos Con Participación De Energía Eólica. Competitive Electricity Markets Analisis with Wind Power Generation.

La utilización de energía eólica es un hecho cada vez más común en nuestro mundo como respuesta a mitigar el creciente aumento de demanda de energía, los aumentos constantes de precio, la escasez de combustibles fósiles y los impactos del cambio climático, los que son cada día más evidentes.Consecuentemente, el interés por la participación de esta nueva forma de generación de energía en sistema eléctrico de potencia ha aumentado considerablemente en los últimos años. La incorporación de generación de origen eólico en el sistema eléctrico de potencia requiere de un análisis detallado del sistema eléctrico en su conjunto, considerando la interacción entre parques y unidades de generación eólica, plantas de generación convencional y el sistema eléctrico de potencia. La integración de generación de origen renovable en el sistema eléctrico de potencia convencional presenta nuevos desafíos los que pueden ser atribuidos a características propias de este tipo de generación, por ejemplo la fluctuación de energía debido a la naturaleza variable del viento, la naturaleza distribuida de la generación eólica y las características constructivas y método de conexión de los distintos modelos de turbinas eólicas al sistema.La finalidad de este proyecto de investigación consiste en investigar el impacto sobre un mercado de sistema eléctrico competitivo causado por el agregado de generación de origen eolico. Como punto de partida se pretende realizar modelos de plantas de generacion eolica para luego incorporarlos a los modelos de sistemas eléctricos y realizar estudios de de despacho económico, flujo de cargas, análisis transitorio y estudios dinámicos del sistema.

Estados de cuasi-equilibrio dipolar en fluidos complejos estudiados por relajación y decoherencia en Resonancia Magnética Nuclear

La dinámica molecular colectiva de los cristales líquidos (CL) juega un papel preponderante en la respuesta de estos sistemas ante la aplicación de campos eléctricos y magnéticos externos, por lo que el estudio básico de la dinámica molecular, particularmente de los movimientos correlacionados, es indispensable para el diseño de aplicaciones tecnológicas basadas en CL. Por otra parte, se reconoce que la dinámica molecular colectiva distintiva de las fases ordenadas de fluidos complejos es además una propiedad que controla procesos clave en diversidad de materiales biológicos (funcionalidad y propiedades viscoelásticas de membranas, resistencia al almacenamiento de semillas y alimentos, temperatura de transición vítrea de compuestos de almidón, estabilidad de fases lamelares, etc.). Al presente, la relación entre estos conceptos reclama exhaustivos análisis y técnicas adecuadas para estudiar los movimientos microscópicos en distintas escalas temporales. En este Proyecto de investigación básica proponemos desarrollar y optimizar un conjunto de técnicas de RMN selectivamente aptas para el estudio de la dinámica lenta característica de las fases parcialmente ordenadas, por lo que tendrían aplicación directa en sistemas de interés biológico y tecnológico. Mediante diversas secuencias de pulsos en experimentos de RMN, es posible preparar estados cuánticos de “orden dipolar” en el sistema de espines nucleares, tanto en muestras en fase sólida como en CL. Tales estados de orden, están caracterizados por "cuasi-invariantes" que son observables de espin que relajan lentamente, intercambiando energía con la red que hace las veces de reservorio térmico. En síntesis, una vez creado el orden y establecido el estado de cuasi-equilibrio de cada cuasi-invariante, el sistema se comporta como un sistema termodinámico en contacto térmico con una red. De hecho, con todo rigor, se puede caracterizar el grado de orden por una "temperatura de espin". Además hay evidencia que los cuasi-invariantes dipolares reflejan sensible y selectivamente los movimientos moleculares correlacionados (a diferencia del cuasiinvariante Zeeman o magnetización nuclear). El aspecto distintivo de nuestra propuesta con respecto al estado actual del conocimiento, radica en la provisión de un nuevo parámetro de relajación de protones en cristales líquidos, para lo cual enfocamos las tareas hacia la caracterización de estos cuasiinvariantes, al diseño de técnicas de medición de sus tiempos de relajación y al desarrollo de la teoría que relaciona a éstos con la dinámica molecular. El esquema de trabajo se basa en reconocer que los eventos relevantes en los experimentos de creación-relajación de cuasi-invariantes dipolares ocurren en dos escalas de tiempo: la escala microscópica asociada con la decoherencia de los estados cuánticos y la escala macroscópica en la que se observa la relajación espín-reservorio. Proponemos como hipótesis general que los procesos que gobiernan la decoherencia, determinan también la relajación espin-red. Proponemos un enfoque innovador dentro del campo general de relajación de espin nuclear por RMN: considerar al sistema de espines nucleares como un sistema cuántico abierto multi-spin interactuando con un sistema (también cuántico) no observado. Para incorporar el detalle de la dinámica en escala microscópica en la descripción de la relajación es necesario el estudio experimental de los fenómenos que gobiernan la decoherencia y la relajación. Los resultados esperados en cada uno de esos grupos se interrelacionan, ya que la caracterización de los observables dipolares es un paso indispensable para explotar la potencialidad de la relajación del orden dipolar en presencia de movimientos moleculares correlacionados.

Desarrollo de máquina de perfusión para la conservación de órganos para trasplante. Modelo renal.

El trasplante renal es el tratamiento óptimo para personas que sufren estadios terminales de enfermedades renales, presentando una relación costo beneficio a favor del trasplante con respecto a la diálisis. El número de paciente que requieren ser trasplantado se incrementa año a año, pero este incremento no se ve acompañado con el aumento de los órganos disponibles. Según el SINTRA en nuestro país hay 5880 pacientes en lista de espera para recibir un trasplante renal, durante el 2011 se procuraron 1720 riñones con criterios clásicos. Es consecuencia de esta falta de órganos que se comenzó a utilizar órganos marginales, aquellos que no reúnen los criterios clásicos de donantes, el inconveniente que esto genera, es que los órganos a trasplantar presentan un mayor índice de daño celular y de rechazo. Diferentes estudios demostraron que la utilización de máquinas de perfusión en estos órganos mejora la sobrevida del órgano y disminuye el rechazo, algo que no se puede lograr con los métodos de conservación clásicos. El objetivo de este proyecto es: desarrollar y construir una máquina de perfusión renal de flujo continuo / pulsátil, con las innovaciones que consideramos pertinentes para la conservación de órganos con criterios extendidos. La máquina dispondrá de dos cámaras herméticas una dentro de la otra, la interior que contendrá al órgano el cual será conectado por medio de cánulas, a una bomba pulsátil con solución de Wisconsin o similar, estará rodeada de otra con líquido refrigerante bombeado desde una bomba refrigerante eléctrica portátil, estos sistema eléctricos serán a batería de larga duración. Nuestro prototipo aporta además nuevas innovaciones como son; un sistema (GPS) que permitirá conocer la ubicación precisa del dispositivo activado y poder coordinar de mejor manera el procedimiento quirúrgico, una computadora de a bordo con la que se controlará todos los sistemas y se almacenarán los parámetros estadísticos del órgano transportado, consolas y pantalla táctil para el control de los parámetros de funcionamiento, se construirá la carcasa con tecnología LRTM de fibra de vidrio inyectada la cual se está desarrollando en nuestra empresa para aplicaciones varias. Se desarrollarán piezas descartables de bajo costo, acorde a las disponibilidades económicas locales, para lograr de este modo la amplia utilización de esta máquina en todos los centros de trasplante y procuración de órganos del país.

Estudios experimentales y teóricos de materiales y su optimización para uso como electrodos de baterías de ión-litio.

El presente proyecto se enmarca en el contexto del desarrollo de vectores de energía, particularmente aquellos destinados a almacenar la energía captada desde fuentes alternativas y sustentables, como son las energías eólica y solar, entre otras. Uno de los vectores de energía actualmente más importante lo constituyen las baterías de ión-Litio, las que por sus características de pequeño tamaño, alta densidad de energía y potencia, y larga ciclabilidad, son ampliamente utilizadas para alimentar todos los dispositivos electrónicos de pequeño tamaño (teléfonos móviles, notebooks, etc.). Este tipo de batería es, hasta el momento, la única que puede satisfacer la demanda de voltaje e intensidad de corriente, junto con bajo peso y volumen, del motor de un vehículo eléctrico, por lo que se espera un gran crecimiento de su demanda cuando comience la consolidación del mercado de este tipo de vehículos. Sin embargo, esto sólo será posible con importantes mejoras en los materiales activos que componen ambos electrodos, ánodo y cátodo, y/o con el desarrollo de nuevos materiales activos, que incrementen aun más la densidad de energía almacenada en dichas batería. En la Universidad Nacional de Córdoba hemos constituido un grupo de trabajo abocado a la investigación y desarrollo de materiales activos para ser utilizados como electrodos en este tipo de baterías, un área de investigación que concentra cada vez más la atención de científicos y tecnólogos en todo el mundo, particularmente, de países líderes del sector de electrónica y automotriz. Entre los objetivos del proyecto se pueden mencionar la intención de desarrollar capacidades científicas y técnicas en aspectos de investigación básica y tecnológica de sistemas electroquímicos de almacenamiento de energía, mediante la instalación de un laboratorio de síntesis, caracterización, investigación y ensayo de materiales activos para electrodos de baterías de ión-Litio. Específicamente, se llevará adelante la preparación y estudio electroquímico de materiales de ánodo en base a diferentes tipos de carbonos, de diferentes compuestos de titanatos de metales alcalinos, y de materiales de cátodo en base a diferentes tipos de compuestos de espinelas de fosfato de M-Litio, donde M puede ser Fe, Mn, Ni, Co o mezclas, y el ensayo posterior de celdas prototipo. La metodología de trabajo a aplicar es la del estado-del-arte a nivel mundial, que consiste en las etapas de síntesis, caracterización y estudio de funcionamiento de diferentes tipos de materiales activos para electrodos (ánodo o cátodo) de baterías de ión-Litio. Los procesos de síntesis comprenderán métodos por vía seca desde precursores adecuados (tratamientos térmicos) o por vía húmeda (hidrotermal, sol-gel). La caracterización física, química, estructural y morfológica abarcará la aplicación de técnicas de análisis de área específica y porosidad por método BET, microscopías SEM y TEM, análisis químico EDX, difracción de rayos X, espectroscopías XPS y Raman, y RMN, entre otras. Los estudios electroquímicos se llevarán a cabo utilizando técnicas potenciodinámicas, de multipulsos de potencial, galvanostáticas a diferentes densidades de corriente, espectroscopía de impedancia electroquímica y de ciclados de carga/descarga. Con la ejecución del proyecto se espera obtener materiales activos para electrodos de baterías de ión-Litio que cumplan con características tales como: alta capacidad de carga, adecuada densidad de potencia, alto grado de ciclabilidad, alto grado de seguridad, alta resistencia al envejecimiento, tanto estático como dinámico, y bajo costo del material. Teniendo en cuenta la inminente crisis en la producción mundial de combustibles fósiles líquidos, la necesidad de mudar la tecnología de vehículos actuales a la de vehículos eléctricos, y la disponibilidad nacional de recursos minerales de litio, la importancia del proyecto es directa para avanzar hacia un desarrollo tecnológico regional propio e independiente.