Cambio tecnológico en la industria de generación de energía eléctrica de Colombia

Incluye Bibliografía

Aportación a la investigación sobe la reducción de las emisiones de NOx en grupos diesel utilizados para generación de energía eléctrica

Programa de doctorado: Energía y Medio Ambiente

Sistema de conversión electromecánica de alta potencia específica para generación eléctrica de origen renovable

La presente tesis estudia, analiza y explora la problemática de la conversión electromecánica a baja velocidad y propone soluciones para mejorarla en términos de prestaciones y coste. La baja velocidad es una característica común de la mayor parte de sistemas de conversión de fuentes renovables. Dicha baja velocidad se debe a la manera en que se establece la interacción entre la fuente y el sistema de generación. Se aborda la problemática del accionamiento directo entre el absorbedor y el generador eléctrico en los casos de energía eólica y energía con olas. A continuación se profundiza en las máquinas de imanes permanentes, las cuales son de gran interés en este caso por las prestaciones que permiten en términos de eficiencia y densidad de potencia. Se presentan los modelos físicos empleados y en base a ellos se proponen metodologías de diseño, una de las cuales maximiza el par en relación a las pérdidas, y otra que minimiza el efecto de la incertidumbre existente sobre el precio de los imanes permanentes, problemática enorme en el caso de las tierras raras. Adicionalmente, y como contribución a la técnica más importante de esta tesis, se propone y justifica el uso en aplicaciones de accionamiento directo de una configuración de máquina que mejora las características de las ya existentes.

Dimensionamiento de una instalación eléctrica de un edificio de oficinas y almacén de productos farmacéuticos

En el presente proyecto se realiza el diseño y cálculo de la instalación eléctrica y el cálculo de luminarias, de un edificio de oficinas y almacén de productos farmacéuticos. Este diseño se precisa para el correcto desarrollo de la actividad de la nave industrial objeto de la instalación. Mediante la utilización de programas informáticos se pretende diseñar una guía para agilizar los procesos de dimensionamiento y cálculo para este tipo de proyectos. Al contar estos programas con una normativa totalmente actualizada, también agilizan el proceso de adecuación a la norma. En el cálculo de luminarias se consigue un cálculo muy aproximado de la potencia requerida, además de asegurar las condiciones lumínicas necesarias. También se tiene un cálculo muy exacto del circuito eléctrico que es fácil modificar a futuras ampliaciones. ABSTRACT The project´s aim is to make the design and calculations of the electrical and lighting installations, for a pharmaceutical warehouse. This design is necessary to ensure proper operational activity of the industrial warehouse, subject to the installation. By means of computer programs, it is intended to design a guide in order to speed up the processes of calculations and sizing of the electric wiring for this type of project. These programs are also fully updated, and therefore, the processes of adaptation to the legislation and regulations are made easier. In the calculation of the lighting, the software achieves a close approximation of the required power as well as ensuring the necessary light conditions. With this software we also achieve a very accurate calculation of the electrical circuit that is easy to modify to future expansions.

Sistema eléctrico y de control de potencia de un túnel aerodinámico = Design of the power distribution and control system for a wind tunnel facility

El proyecto está basado en el estudio de la planta de potencia de un túnel aerodinámico. Para ello se ha realizado una breve introducción definiendo qué es un túnel aerodinámico, cuál es su propósito, qué tipos hay, etc. Posteriormente se ha escogido un tipo concreto de túnel entre todas las posibilidades y se ha procedido a su estudio. Se ha definido una forma y unas dimensiones y tras calcular las pérdidas de carga, se ha seleccionado la planta de potencia necesaria para compensar dichas pérdidas, dimensionándose también las conexiones de esta desde la acometida de potencia eléctrica. Por último se han dimensionado las conexiones correspondientes a la iluminación y los servicios que competen al túnel aerodinámico.

Compensación de energía reactiva en los servicios auxiliares de una central térmica

El proyecto tiene como objeto analizar desde el punto de vista técnico-económico las posibilidades para mejorar el factor de potencia en los consumos auxiliares de la Central térmica Litoral, perteneciente a Endesa Generación. Debido a un cambio normativo, las tarifas de acceso a las redes de transporte y distribución de energía eléctrica aplicarán ahora también a los consumos propios de las empresas productoras de electricidad dentro del ámbito de aplicación de las tarifas de acceso. Como la energía reactiva se facturará en función del factor de potencia se propone para su compensación la instalación de bancos de condensadores para mejorar el mismo y disminuir la penalización. Para el dimensionamiento de los bancos se han utilizado los consumos horarios de los años 2012 y 2013 de tres fronteras: grupos 1 y 2 de 400 kV y los transformadores auxiliares de arranque (OTAAs) de 6 kV , teniendo en cuenta las peculiaridades de una Central de Generación, ya que sólo serán objeto de estudio (a efecto de penalizaciones) las horas en las que el grupo está parado o arrancando. El resultado final muestra la diferencia en cuanto a los periodos de amortización de una instalación con generación y sin generación, siendo esta última más rentable económicamente. ABSTRACT The goal of this project is to analyse the possibilities to better the power factor in the auxiliary consumption of the Thermal Plant Litoral from an economic and technical viewpoint. Due to a normative changes, the access price rates for the transportation and distribution of electrical energy, will also apply now to the electricity productive companies own consumption within the scope of the access rate. Since reactive power is invoiced based on the potency factor, we propose the installation of capacitor banks to improve the aforementioned power factor as compensation so as to reduce sanctions. We have used the time profiles from 2012 and 2013 to dimension the banks, using 3 borders: Group 1 and 2 (400 kV) and the auxiliary starter transformers (OTAA's) of 6kV, taking into account the special characteristics of a Generation Plant , since we will only study the hours that the group was shut down or powering up (since these are what the penalties cover). The final result shows the difference in regards to repayment periods for both generating and nongenerating installation, being the aforesaid the most economically worthwile of the two

Estudio de una red aislada de distribución de pequeña potencia y gran penetración eólica con la herramienta PSS/E

El objeto de este proyecto es realizar un análisis de estabilidad ante contingencias en una red aislada de pequeña potencia con alto grado de penetración eólica mediante la herramienta PSS/E con el fin de aportar conocimiento para, posteriormente, definir la forma de operación más adecuada de dicho sistema atendiendo a su eficacia y fiabilidad. La red considerada para el estudio es la de la isla de El Hierro, en el archipiélago de Canarias, donde se tiene previsto abastecer exclusivamente, a toda la isla, combinando la aportación energética de un parque eólico y una central hidráulica con grupos de bombeo. Para realizar los estudios de estabilidad se analizan una serie de escenarios considerados de interés desde el punto de vista técnico, bien sea abasteciendo la demanda con una sola fuente de generación o con varias a la vez. El interés principal de esta red radica en que es una red aislada, de pequeña potencia, por lo que el proceso de integración masiva de energías renovables en la misma presenta una serie de particularidades que se irán detallando a lo largo del trabajo. El modelado de la red se ha realizado utilizando PSS/E, un software comercial extendido para el análisis de los sistemas de potencia. Con el programa se han resuelto los regímenes estáticos de funcionamiento (flujos de cargas) y los dinámicos (estudios de contingencias). Los resultados mostrarán las tensiones o frecuencias en los nudos de interés, observándose cómo cambian los valores en la situación anormal de funcionamiento y cómo se recuperan cuando se despeja la falta considerada, retornándose a los valores que existían en la red previos al fallo. Se pretende concluir cuál debe ser el mínimo de energía convencional que se debe mantener en el sistema para asegurar el suministro de forma fiable y segura en cualquier circunstancia.

Estudio teórico-práctico de la célula de combustible. Caracterización eléctrica y mejoras en la gestión del agua a partir de nuevos materiales.

Uno de los principales retos de la sociedad actual es la evolución de sectores como el energético y el de la automoción a un modelo sostenible, responsable con el medio ambiente y con la salud de los ciudadanos. Una de las posibles alternativas, es la célula de combustible de hidrógeno, que transforma la energía química del combustible (hidrógeno) en corriente continua de forma limpia y eficiente. De entre todos los tipos de célula, gana especial relevancia la célula de membrana polimérica (PEM), que por sus características de peso, temperatura de trabajo y simplicidad; se presenta como una gran alternativa para el sector de la automoción entre otros. Por ello, el objetivo de este trabajo es ahondar en el conocimiento de la célula de combustible PEM. Se estudiarán los fundamentos teóricos que permitan comprender su funcionamiento, el papel de cada uno de los elementos de la célula y cómo varían sus características el funcionamiento general de la misma. También se estudiará la caracterización eléctrica, por su papel crucial en la evaluación del desempeño de la célula y para la comparación de modificaciones introducidas en ella. Además, se realizará una aplicación práctica en colaboración con los proyectos de fin de máster y doctorado de otros estudiantes del Politécnico de Milán, para implementar las técnicas aprendidas de caracterización eléctrica en una célula trabajando con diferentes tipos de láminas de difusión gaseosa (GDL y GDM) preparadas por estudiantes. Los resultados de la caracterización, permitirán analizar las virtudes de dos modificaciones en la composición clásica de la célula, con el fin de mejorar la gestión del agua que se produce en la zona catódica durante la reacción, disminuyendo los problemas de difusión a altas densidades de corriente y la consiguiente pérdida de potencial en la célula. Las dos modificaciones son: la inclusión de una lámina de difusión microporosa (MPL) a la lámina macroporosa habitual (GDL), y el uso de diversos polímeros con mejores propiedades hidrófobas en el tratamiento de dichas láminas de difusión. La célula de combustible es un sistema de conversión de energía electroquímico, en el que se trasforma de forma directa, energía química en energía eléctrica de corriente continua. En el catalizador de platino del ánodo se produce la descomposición de los átomos de hidrógeno. Los protones resultantes viajarán a través de la membrana de conducción protónica (que hace las veces de electrolito y supone el alma de la célula PEM) hasta el cátodo. Los electrones, en cambio, alcanzarán el cátodo a través de un circuito externo produciendo trabajo. Una vez ambas especies se encuentran en el cátodo, y junto con el oxígeno que sirve como oxidante, se completa la reacción, produciéndose agua. El estudio termodinámico de la reacción que se produce en la célula nos permite calcular el trabajo eléctrico teórico producido por el movimiento de cargas a través del circuito externo, y con él, una expresión del potencial teórico que presentará la célula, que variará con la temperatura y la presión; Para una temperatura de 25°C, este potencial teórico es de 1.23 V, sin embargo, el potencial de la célula en funcionamiento nunca presenta este valor. El alejamiento del comportamiento teórico se debe, principalmente, a tres tipos de pérdidas bien diferenciadas:  Pérdidas de activación: El potencial teórico representa la tensión de equilibrio, para la que no se produce un intercambio neto de corriente. Por tanto, la diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo debe alejarse del valor teórico para obtener una corriente neta a través del circuito externo. Esta diferencia con el potencial teórico se denomina polarización de activación, y conlleva una pérdida de tensión en la célula. Así pues estas pérdidas tienen su origen en la cinética de la reacción electroquímica.  Pérdidas óhmicas: Es una suma de las resistencias eléctricas en los elementos conductores, la resistencia en la membrana electrolítica a la conducción iónica y las resistencias de contacto.  Pérdidas por concentración: Estas pérdidas se producen cuando los gases reactivos en el área activa son consumidos en un tiempo menor del necesario para ser repuestos. Este fenómeno es crítico a altas densidades de corriente, cuando los gases reactivos son consumidos con gran velocidad, por lo que el descenso de concentración de reactivos en los electrodos puede provocar una caída súbita de la tensión de la célula. La densidad de corriente para la cual se produce esta caída de potencial en unas condiciones determinadas se denomina densidad límite de corriente. Así pues, estas pérdidas tienen su origen en los límites de difusión de las especies reactivas a través de la célula. Además de la membrana electrolítica y el catalizador, en la célula de combustible podemos encontrar como principales componentes los platos bipolares, encargados de conectar la célula eléctricamente con el exterior y de introducir los gases reactivos a través de sus conductos; y las láminas difusivas, que conectan eléctricamente el catalizador con los platos bipolares y sirven para distribuir los gases reactivos de forma que lleguen a todo el área activa, y para evacuar el exceso de agua que se acumula en el área activa.La lámina difusiva, más conocida como GDL, será el argumento principal de nuestro estudio. Está conformada por un tejido de fibra de carbono macroporosa, que asegure el contacto eléctrico entre el catalizador y el plato bipolar, y es tratada con polímeros para proporcionarle propiedades hidrófobas que le ayuden en la evacuación de agua. La evacuación del agua es tan importante, especialmente en el cátodo, porque de lo contrario, la cantidad de agua generada por la reacción electroquímica, sumada a la humedad que portan los gases, puede provocar inundaciones en la zona activa del electrodo. Debido a las inundaciones, el agua obstruye los poros del GDL, dificultando la difusión de especies gaseosas y aumentando las pérdidas por concentración. Por otra parte, si demasiada agua se evacúa del electrodo, se puede producir un aumento de las pérdidas óhmicas, ya que la conductividad protónica de la membrana polimérica, es directamente proporcional a su nivel de humidificación. Con el fin de mejorar la gestión del agua de la célula de combustible, se ha añadido una capa microporosa denominada MPL al lado activo del GDL. Esta capa, constituida por una mezcla de negro de carbón con el polímero hidrófobo como aglutinante, otorga al GDL un mejor acabado superficial que reduce la resistencia de contacto con el electrodo, además la reducción del tamaño de las gotas de agua al pasar por el MPL mejora la difusión gaseosa por la disminución de obstrucciones en el GDL. Es importante tener cuidado en los tratamientos de hidrofobización de estos dos elementos, ya que, cantidades excesivas de polímero hidrófobo podrían reducir demasiado el tamaño de los poros, además de aumentar las pérdidas resistivas por su marcado carácter dieléctrico. Para el correcto análisis del funcionamiento de una célula de combustible, la herramienta fundamental es su caracterización eléctrica a partir de la curva de polarización. Esta curva representa la evolución del potencial de la célula respecto de la densidad de corriente, y su forma viene determinada principalmente por la contribución de las tres pérdidas mencionadas anteriormente. Junto con la curva de polarización, en ocasiones se presenta la curva de densidad de potencia, que se obtiene a partir de la misma. De forma complementaria a la curva de polarización, se puede realizar el estudio del circuito equivalente de la célula de combustible. Este consiste en un circuito eléctrico sencillo, que simula las caídas de potencial en la célula a través de elementos como resistencias y capacitancias. Estos elementos representas pérdidas y limitaciones en los procesos químicos y físicos en la célula. Para la obtención de este circuito equivalente, se realiza una espectroscopia de impedancia electroquímica (en adelante EIS), que consiste en la identificación de los diferentes elementos a partir de los espectros de impedancia, resultantes de introducir señales de corriente alternas sinusoidales de frecuencia variable en la célula y observar la respuesta en la tensión. En la siguiente imagen se puede observar un ejemplo de la identificación de los parámetros del circuito equivalente en un espectro de impedancia. Al final del trabajo, se han realizado dos aplicaciones prácticas para comprobar la influencia de las características hidrófobas y morfológicas de los medios difusores en la gestión del agua en el cátodo y, por tanto, en el resultado eléctrico de la célula; y como aplicación práctica de las técnicas de construcción y análisis de las curvas de polarización y potencia y de la espectroscopia de impedancia electroquímica. El primer estudio práctico ha consistido en comprobar los beneficios de la inclusión de un MPL al GDL. Para ello se han caracterizado células funcionando con GDL y GDM (GDL+MPL) tratados con dos tipos diferentes de polímeros, PTFE y PFPE. Además se han realizado las pruebas para diferentes condiciones de funcionamiento, a saber, temperaturas de 60 y 80°C y niveles de humidificación relativa de los gases reactivos de 80%-60% y 80%- 100% (A-C). Se ha comprobado con las curvas de polarización y potencia, cómo la inclusión de un MPL en el lado activo del GDL reporta una mejora del funcionamiento de trabajo en todas las condiciones estudiadas. Esta mejora se hace más patente para altas densidades de corriente, cuando la gestión del agua resulta más crítica, y a bajas temperaturas ya que un menor porcentaje del agua producida se encuentra en estado de vapor, produciéndose inundaciones con mayor facilidad. El segundo estudio realizado trata de la influencia del agente hidrofobizante utilizado en los GDMs. Se pretende comprobar si algún otro polímero de los estudiados, mejora las prestaciones del comúnmente utilizado PTFE. Para ello se han caracterizado células trabajando en diferentes condiciones de trabajo (análogas a las del primer estudio) con GDMs tratados con PTFE, PFPE, FEP y PFA. Tras el análisis de las curvas de polarización y potencia, se observa un gran comportamiento del FEP para todas las condiciones de trabajo, aumentando el potencial de la célula para cada densidad de corriente respecto al PTFE y retrasando la densidad de corriente límite. El PFPE también demuestra un gran aumento del potencial y la densidad de potencia de la célula, aunque presenta mayores problemas de difusión a altas densidades de corriente. Los resultados del PFA evidencian sus problemas en la gestión del agua a altas densidades de corriente, especialmente para altas temperaturas. El análisis de los espectros de impedancia obtenidos con la EIS confirma los resultados de las curvas de polarización y evidencian que la mejor alternativa al PTFE para el tratamiento del GDM es el FEP, que por sus mejores características hidrófobas reduce las pérdidas por concentración con una mejor gestión del agua en el cátodo.

Experiencia colombiana en reparación de núcleos de transformadores de potencia

Este artículo presenta el reporte de caso sobre fallas presentadas en el núcleo de transformadores de potencia y algunas experiencias técnicas y metodológicas en la reparación parcial y total de los mismos a varias unidades, hechas en Industrias Explorer Ingeniería S. A. S., empresa dedicada al mantenimiento y reparación de transformadores. También es presentada la metodología para la selección del tipo de lámina, sistema de corte, ensamble, ajuste y prensado del núcleo, ya que estas actividades son decisivas para conseguir un equipo con menores pérdidas y corrientes de vacío, así como menores niveles de ruido. Se describen las etapas para cálculo del flujo de operación del núcleo, circuito de prueba para la saturación del mismo, consideraciones para realizar la inspección termográfica y medición de las pérdidas de vacío, selección del tipo de lámina y técnicas de ensamble empleadas. Se presentan algunas experiencias como: cambio de medio núcleo, reaislamiento de zonas afectadas empleando fibras Nómex entre láminas, cambio total del núcleo por corte mal realizado desde fábrica, cambio total del núcleo por doble aterrizamiento que ocasionó calentamiento del mismo y afectó el aislamiento de sus láminas dejándolas en corto. En todos los casos se evidencia una disminución de las pérdidas de vacío. Finalmente se presentan el comportamiento de los transformadores después de ser puestos nuevamente en servicio.

Análisis de la viabilidad técnica y financiera de la generación de energía eléctrica a partir del recurso eólico en el municipio de Pereira

La electricidad es un insumo fundamental para el desarrollo actual de la humanidad, es la pieza clave en aspectos que cubren desde necesidades básicas como el acceso a la salud, educación, vivienda y alimentos, hasta hacer parte esencial del desarrollo tecnológico y económico de un territorio -- En Colombia, la cadena productiva de la generación de energía -bajo una matriz predominante hidroeléctrica- tiene asociados impactos ambientales y sociales como la alteración de los regímenes hidrológicos, el transporte de sedimentos, las migraciones ícticas, el desplazamiento de las comunidades, las condiciones de seguridad alimentaria de las poblaciones afectadas aguas abajo y los procesos de erosión remontante asociados con la construcción de represas, entre otros -- El impacto no solo se presenta en la etapa de construcción, puesto que la generación, transmisión, distribución y uso final generan una huella de carbono bastante significativa -- Si bien el sector eléctrico no es el único generador de gases nocivos, dicha plataforma económica genera por sí sola el 40% de emisiones de dióxido de carbono mundiales y por lo menos el 25% del total de todos los gases efecto invernadero, tal como lo afirma el GWEC, Global Wind Energy Council (Sawyer, 2011: 66); por lo que la implementación de una solución de producción de energía limpia implica la reducción sustancial de las emisiones nocivas para el planeta tierra -- Con el propósito de intensificar la aplicación de energías renovables dentro de la matriz energética internacional, la ONU designó el 2012 como el año oficial de las energías renovables -- El resultado se ve reflejado en la iniciativa Energía Sostenible para Todos - SE4ALL, mediante la cual se plantean tres objetivos que deberán ser alcanzados con la participación y contribución de los países miembros de la ONU: 1) Acceso universal a servicios modernos de energía, 2) Mejora en eficiencia energética y 3) Duplicación de la participación de energías renovables en la matriz energética mundial (SE4ALL, 2012) -- Sumado a esto, el desarrollo y aplicación de energías renovables son herramientas importantes para la mitigación y adaptación al cambio climático en la medida en que reducen gases de efecto invernadero (GEI) y diversifican la canasta energética de los países (FEDESARROLLO, 2013) -- Este trabajo evalúa la posibilidad de incrementar la competitividad nacional y regional a partir de la generación local de energía en el municipio de Pereira y las ventajas de la generación distribuida respecto a la generación centralizada en términos de eficiencia energética, evidenciando el potencial eólico del municipio para su utilización en la generación de energía eléctrica -- La energía eólica, fuente autóctona de electricidad, representa una alternativa para la modificación del modelo productivo convencional, siendo una tecnología competitiva no solo dentro de las renovables sino también con respecto a la cogeneración de energía -- La implementación de ella tiene implícito un mejor aprovechamiento del espacio, un impacto ambiental bajo y un desarrollo a nivel de investigación y tecnología importante -- Su implementación no contamina, contribuyendo a la disminución de emisiones de dióxido de carbono, aportando de este modo en la solución de la crisis ecológica mundial y la desaceleración del cambio climático -- La tecnología eólica representa entonces una alternativa a tener en cuenta para la generación de energía limpia, frente a otras formas tradicionales altamente contaminantes o de gran impacto ambiental -- Pese a todos los factores de importancia que ha adquirido el desarrollo en la materia, existe un número muy limitado de investigaciones que aborden la temática de aplicabilidad de estos criterios en Colombia; específicamente en Pereira no existía a la fecha ningún adelanto investigativo -- La importancia de este estudio radica en el potencial descubierto en un entorno que no había sido explorado, llegando a ser determinante para el futuro desarrollo tecnológico en este campo y dando apertura a otras investigaciones que complementen el presente estudio

Evaluación del programa de ingeniería de sistemas de la Universidad Cooperativa de Colombia -Seccional Bogotá- mediante el modelo de evaluación CIPP

202 p.

Efectos de la política exterior estadounidense en relación a Colombia y su posición ante la región Suramericana. ¿Colombia un estado débil o una potencia regional secundaria? Periodo 2010-2014

Antecedentes de la política exterior de los Estados Unidos – Líneas de acción de la política exterior de Colombia – Impacto de las políticas de intervención de Estados Unidos en Colombia, en relación a su posición regional, a través de los cambios de gobierno

Sistema inalámbrico de transmisión y recepción de potencia basado en el estándar QI

62 p.