Revista Técnica "energía"

Predicción de la Dosis Óptima de Policloruro de Aluminio para el Proceso de Coagulación en el Tratamiento de Agua Potable mediante Redes Neuronales Artificiales

Cristopher Izquierdo — 2023-07-27

Las plantas de tratamiento de agua potable (PTAPs) disponen de una etapa de dosificación de químicos coagulantes, la cual determina el éxito de la calidad del agua. La adición de estos compuestos comúnmente es un procedimiento manual realizado por personal capacitado. Esta resulta una tarea crítica debido a que requiere cierto nivel de experiencia para una correcta dosificación. Como posible solución, este estudio se basa en el análisis de datos recolectados de una fuente de agua cruda ubicada en Ecuador. Utilizando la información de los parámetros físico-químicos del agua cruda, se identifican la definición de las dosis de Policloruro de Aluminio (PAC), y las variables de entrada y salida del proceso. En consecuencia, se propone la implementación de un sistema de control inteligente basado en Redes Neuronales Artificiales (RNA). Estos experimentos comienzan con la recolección y análisis de datos para establecer las variables involucradas en el proceso. El modelo neuronal propuesto dispone de tres capas ocultas y utiliza algoritmos de gradiente adaptativo. Se realizó un análisis de los resultados utilizando el error porcentual absoluto medio (MAPE) y el error cuadrático medio (RMSE). El modelo predictivo de PAC en fase de entrenamiento da un valor MAPE de 0,0425 para los valores no ajustados y de 0,0262 para los valores numéricos ajustados. Sin embargo, en la fase de prueba el modelo neuronal alcanza un MAPE de 0,057 para los valores de PAC no ajustados y de 0,041 para los ajustados. Se puede concluir que esta alternativa brinda una solución eficiente a la hora de resolver problemas de dosificación en PTAPs, teniendo resultados confiables de las métricas RMSE y MAPE.

Evaluación del Comportamiento de Motores a Gasolina Mediante Simulación del Flujo de Aire a Través del Cuerpo de Aceleración

William Quitiaquez — 2023-07-27

En esta investigación, se analizó el cuerpo de aceleración de un motor pequeño a gasolina, de 1.1 L. El módulo de control electrónico recibe la información de los sensores de presión, temperatura y posición de la válvula de mariposa de aceleración, para efectuar los cálculos que determinan la cantidad de inyección de combustible necesario para producir la combustión. El objetivo de este trabajo fue aumentar el flujo de aire que ingresa al colector de admisión, utilizando dinámica de fluidos computacionales (CFD, por sus siglas en inglés). Se analizó dos modelos de válvula de mariposa, el original, en donde se estudió el comportamiento interno del cuerpo de aceleración, tanto en presiones como flujos. Mientras que, el segundo modelo modificado, con un corte en el eje de rotación, en donde se propone un aumento en el flujo de aire hacia el colector de admisión. Se realizaron cuatro simulaciones, con apertura relativa de 0, 20, 40 y
78 %, obteniendo valores de presiones promedio entre 31.35 a 70.05 kPa, además de flujos promedios a la salida del cuerpo de admisión de 6.72 a 58.71 g·m^-1 a medida que se abre la válvula de mariposa de aceleración. Para la validación de datos, se comparó las presiones de salida obtenida con el sensor de presión absoluta del colector de admisión respecto a los valores de las simulaciones. Sin disponer de un dato experimental para el flujo másico, se realizó el análisis entre los dos modelos simulados, con una media de flujo de 28.22 g·m^-1 y un aumento de flujo másico del 9 % en el cuerpo modificado. A medida que aumenta la apertura de la mariposa, los valores de presión se asemejan.

Evaluación de Redes de Tuberías con Configuración Flexible para el Transporte de Hidrocarburo

William Quitiaquez — 2023-07-27

En la actualidad las tuberías son el principal método de transporte de fluidos de un lugar a otro, dentro de una planta industrial. La presente investigación estudia la configuración de tuberías de un sistema de bombas de transporte de hidrocarburo. Se realizó una investigación para identificar las diferentes cargas presentes en diseños de los sistemas de bombas, debido a efectos de peso propio y térmicos operativos, con el fin de reducir los esfuerzos, desplazamientos que actúan en las tuberías, garantizando su integridad mecánica como la seguridad de equipos y personal de planta. El desarrollo del modelo y análisis se realizó en el software especializado Bently AutoPIPE en condiciones estáticas, los datos operativos de temperatura y presión son 100 °F y 320 psi respectivamente. Para el análisis, se emplearon dos modelos de configuración; tuberías con sistema rígido y flexible, permitiendo comparar resultados y validar que los esfuerzos en tuberías y boquillas de bombas se encuentren dentro de las cargas admisibles de acuerdo con las normas ASME B31.3 y API 610. Con base en los resultados del análisis, los esfuerzos en sostenido y térmicos son 16.3 y 14.4 ksi, valores que representan aproximadamente el 75 % del esfuerzo máximo del sistema

Estimación del Margen de Estabilidad de Voltaje Utilizando Herramientas de Aprendizaje Automático

Gabriel Guañuna — 2023-07-27

La evaluación de la estabilidad de voltaje en tiempo real, mediante métodos convencionales, es una tarea difícil debido a la gran cantidad de información, los elevados tiempos de ejecución y el esfuerzo computacional requerido. Partiendo de estas limitaciones, este trabajo técnico propone un método para la estimación del margen de estabilidad de voltaje a través de la aplicación de algoritmos de inteligencia artificial. Para ello, primero se generan varios escenarios operativos mediante simulaciones Monte Carlo, considerando la variabilidad de la carga y el criterio de seguridad n-1. Posteriormente, se determina, para cada escenario operativo, el margen de estabilidad de voltaje de las curvas PV con la finalidad de obtener una base de datos. Esta información permite estructurar una matriz de datos para entrenar una red neuronal artificial y una máquina vectorial de soporte, en su versión de regresión, para predecir el margen de estabilidad de voltaje, capaz de ser utilizada en tiempo real. El desempeño de las herramientas de predicción es evaluado a través del error cuadrático medio y del coeficiente de determinación. La metodología propuesta se aplica al sistema de prueba IEEE 14 bus, mostrando resultados prometedores.

Determinación de los Indicadores de Calidad Energética para el Caso de un Usuario Conectado en Media Tensión

Diego Monga — 2023-07-27

El propósito del presente estudio fue determinar los parámetros de calidad energética en el sistema de un usuario conectado en media tensión, la cual registraba penalizaciones por parte de la distribuidora local. Para ello se ejecutó una auditoría energética acorde a la regulación Nro. ARCERNNR 002/20; realizándose un estudio de carga, valoración técnica de activos y análisis de variables con un equipo FLUKE 435. Determinándose; valores de Pst superiores a 1, registros de hasta 36% en THD y un fp de 0,84 en más del 50% de los registros. Se empleó el software ETAP para analizar los flujos de carga, evidenciándose que algunos puntos no cumplen con los niveles de voltaje permitidos, registrándose variaciones de hasta el 26%. Adicionalmente se propuso alternativas de ahorro mediante el aprovechamiento de radiación solar, ejecutando simulaciones en el software DIALUX. Con el análisis y propuestas planteadas, se plantea mejorar sustancialmente el desempeño energético del usuario.

Propuesta de una Metodología para la Focalización del Subsidio Eléctrico “Tarifa De La Dignidad” en Usuarios Residenciales de las Empresas Eléctricas del Ecuador

Edison Novoa — 2023-07-27

El artículo presenta una propuesta para la focalización del subsidio tarifa de la dignidad en los usuarios residenciales de las empresas de distribución de energía eléctrica del Ecuador. Para la focalización se utiliza la técnica de agrupación de datos considerando las características técnicas, geográficas y socioeconómicas de los usuarios.

El artículo describe el proceso necesario para recopilar, depurar y procesar los datos a fin de que puedan ser utilizados para la focalización del subsidio. Luego, se detalla el proceso necesario para emparejar los datos y consolidarlos en una sola base de datos de usuarios residenciales. En una siguiente fase, se define una ecuación de pobreza que considera, de manera ponderada, las características técnicas y socioeconómicas de los usuarios y que permite calcular su nivel de pobreza individual. Luego, se describe la forma de agrupar a los usuarios según su nivel de pobreza, así como la manera de establecer la mejor cantidad de grupos que se deben generar de entre los usuarios. Finalmente, el artículo presenta una propuesta metodológica general para focalizar el subsidio tarifa de la dignidad en el Ecuador.

El presente artículo presenta los resultados de la focalización del subsidio tarifa de la dignidad aplicada a los usuarios residenciales del Distrito Metropolitano de Quito.

Diagnóstico del Estado de Transformadores de Distribución Mediante el Ensayo de Análisis de Respuesta en Frecuencia

Selene Peñafiel — 2023-07-27

En este documento se realizará un análisis del marco teórico que rige SFRA y se ilustrará su metodología, a través de documentos técnicos relacionados exclusivamente con la ejecución e interpretación del ensayo. Posteriormente, a través de equipos de medición con certificaciones internacionales y que aseguran el cumplimiento de parámetros detallados en normas IEC e IEEE, se ejecutara el ensayo de diagnóstico en 3 transformadores de distribución, para luego dar paso al diagnóstico de estos equipos, tomando como guía la norma IEEE C57.149. Ensayos como el Análisis de Respuesta en Frecuencia (SFRA), garantizan la detección de mínimos daños en la estructura del equipo, asegurando un correcto diagnóstico del transformador y por ende generando a su vez mantenimientos programados de tiempos y costos menores.

Estudio de Indicadores de Desempeño Energético (IDEn) de un Hospital Básico en el Ecuador

Fernando Arias — 2023-07-27

El siguiente documento presenta un proceso sistemático del uso de la energía a través de un análisis de indicadores energéticos en un edificio sanitario, donde se afirma la importancia de requerimientos de perfiles de consumo energético con regularidad, siendo consciente de esto, este trabajo estudia el desempeño energético y establece indicadores de rendimiento energético específico de algunas áreas sanitarias. Los autores analizaron un hospital básico situado en la provincia de Cotopaxi (Ecuador), dotado de 15 camas, donde se realizó un balance energético, determinando a la energía eléctrica como el mayor portador energético con un 46,84% , la tarifa eléctrica se evaluó durante el periodo de un año (2022), identificando un consumo anual de 124 030 kWh, se identificó el porcentaje distribuido de energía eléctrica en este hospital, siendo el de mayor consumo los motores eléctricos con un 38%, e iluminación con un 22%, e identificó indicadores energéticos que permitieron tomar decisiones que ayuden a efectuar ahorros de energía mediante el análisis de calidad de energía y lumínica en base a este análisis se implementó un banco de capacitores que ayudo a mejorar el factor de potencia de 0,87 a 0,95 y se sustituyó lámparas fluorescentes por LED optimizando el nivel de luminosidad dentro de los niveles permitidos, efectuado esto se redujo 8 807.69 kWh/año y disminuyo las emisiones de dióxido de carbono en 1 688,43(kg/CO2/año).

Metodología de Diseño de Sistemas Aislados de Energía Solar Fotovoltaica para Áreas Rurales en Ecuador

Alan Cuenca — 2023-07-27

Las tecnologías renovables son una forma de energía moderna, limpia y de muy bajo impacto ambiental. Las mismas pueden convertirse en una opción viable para la generación de energía en especial para zonas rurales del Ecuador, en donde el escaso acceso al servicio eléctrico limita las posibilidades de desarrollo de estas zonas. La energía solar es el recurso utilizado por los sistemas de generación fotovoltaicos aislados, los mismos que son de uso exclusivo para zonas rurales debido a que la instalación de la red eléctrica es costosa o técnicamente compleja.

En el entorno de Matlab/Simulink se han diseñado sistemas fotovoltaicos aislados que están compuestos por un arreglo de módulos fotovoltaicos, reguladores de carga, sistemas de almacenamiento e inversores monofásicos que en conjunto permitirán conocer el comportamiento de la generación de energía eléctrica a través de energía solar fotovoltaica. Además, se desarrolló un algoritmo de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) para obtener el pico de potencia del arreglo fotovoltaico y se incorporó un control proporcional integral discreto para la carga y descarga de las baterías. Por consiguiente, se diseñó y desarrollo una herramienta de dimensionamiento a través de Macros y Visual Basic de Excel, la cual facilitó el ingreso de los diferentes parámetros y la obtención de los resultados para la implementación de los sistemas fotovoltaicos

Estimación de la Demanda de una Estación de Carga para Vehículos Eléctricos Mediante la Aplicación de Métodos Probabilísticos

Julio Lascano — 2023-07-27

En el presente artículo se presenta el estudio de la estimación de demanda de una estación de carga de vehículos eléctricos basado en el uso de simulación de Montecarlo. La modelación del sistema eléctrico se lo realiza a través del software de PowerFactory, por otra parte, para el desarrollo de las simulaciones de Montecarlo y el procesamiento de la información, se lo realiza a través del uso del software de Python. El análisis en general está enfocado en determinar el impacto de la integración de vehículos eléctricos en la red eléctrica, de forma que se generan escenarios que emulen la operación de la electrolinera, teniendo en cuenta la demanda de vehículos eléctricos dentro de sus puntos de carga, de forma que se generan escenarios aleatorios considerando el número de vehículos conectados y el porcentaje de carga de los vehículos. Otro aspecto que se considera es la integración de sistemas de generación fotovoltaica, de forma que se realiza el análisis de su impacto en la operación de la red eléctrica teniendo en cuenta la operación aleatoria de la electrolinera.

Ubicación Óptima de Reconectadores en Redes de Distribución con Generación Distribuida Utilizando Algoritmos Genéticos e Índices de Calidad de Servicio

Juan Carlos Ríos — 2023-07-27

Este artículo presenta un modelo matemático para la ubicación óptima de reconectadores utilizando la técnica de optimización de algoritmos genéticos en sistemas de distribución, considerando la inserción de recursos distribuidos, como los sistemas distribuidos. La metodología incluye la solución del flujo de potencia utilizando el software de código abierto OpenDSS, a través de la interfaz desarrollada por Electric Power Research Institute - EPRI. Los valores de voltajes, corrientes, potencias e indicadores SAIFI/SAIDI se transfieren al software Matlab. El algoritmo de optimización determina las posiciones adecuadas para instalar reconectadores.

Partición de una Red Eléctrica de Distribución Aplicando Algoritmos de Agrupamiento K-means y DBSCAN

José Castro — 2023-07-27

En este artículo se propone la metodología para realizar la partición eléctrica de una red de distribución utilizando algoritmos de agrupamiento de datos como K-means y DBSCAN. Los datos se obtienen generando variaciones en los parámetros de la red y simulando el perfil de voltaje con el software OpenDSS. La metodología propuesta se implementa en redes de distribución estándar de prueba IEEE de 34 y 123 barras. Los resultados obtenidos son comparados con métodos obtenidos de la literatura.

Diseño y Construcción de un Medidor de Energía Digital Domiciliar

Diego Jiménez — 2023-07-27

El presente trabajo de implementación práctica muestra el diseño y la construcción de un prototipo de medidor digital domiciliar en el cual se puede visualizar las distintas variables en tiempo real como la tensión de la red, la corriente eléctrica, la potencia promedio, la energía consumida por la vivienda en kWh y el costo asociado de facturación mensual. El diseño del prototipo está dividido en tres etapas, la primera tiene que ver con el sistema de carga y alimentación del dispositivo, la segunda muestra el sistema de adquisición y acondicionamiento de las variables de entrada y la tercera tiene relación con el microcontrolador Arduino Mega 2560 encargado de la etapa de procesamiento, registro y almacenamiento de la información. La construcción del prototipo se la realiza en varias fases, en primer lugar el diseño práctico en el software Proteus 8 Professional para luego implementarlo en el protoboard y más adelante montarlo en la placa PCB, finalmente se acoplan estos módulos en una caja plástica con IP-65 la cual muestra en su vista frontal la pantalla de cristal líquido acoplada para mostrar las variables de salida del dispositivo terminado. El funcionamiento del prototipo está validado mediante comparación a través de varias pruebas de aplicación práctica en un caso de estudio real versus un medidor de energía convencional. Por último el prototipo resulta idóneo para sistemas de medición de energía domiciliar ya que se adapta a las necesidades de cada consumidor.