Maestría en Ingeniería Eléctrica

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Armónicos : método hibrido tiempo-frecuencia para el análisis de sistemas eléctricos con elementos no lineales
(Universidad Industrial de Santander, 2009) Carvajal Carreño, William; Ordonez Plata, Gabriel
En este Trabajo de Investigación se propone una metodología, implementada en un programa de computador por medio de una Interfase Gráfica con el Usuario (GUI), que permite simular redes eléctricas con elementos no lineales (principalmente convertidores de potencia), tanto en el dominio del tiempo como en el dominio de la frecuencia. El método propuesto combina los dos tipos de análisis en una herramienta flexible, de forma que se puedan aprovechar las ventajas de cada uno de ellos, y que permita analizar sistemas lineales y no lineales en el dominio del tiempo, sistemas lineales en el dominio de la frecuencia y sistemas mixtos utilizando el método híbrido propuesto. La herramienta pretende ser un instrumento de cálculo versátil y completo que puede ser usado de una manera relativamente sencilla, para los estudios de análisis de propagación de armónicos en las redes eléctricas. Se presentan ejemplos extraídos de la bibliografía utilizada en cursos de sistemas de potencia, circuitos eléctricos y electrónica de potencia, así como sistemas de prueba para el análisis de cargas no lineales o variantes en el tiempo, creados como marco de referencia para las simulaciones de armónicos en sistemas eléctricos. Se analizan los resultados y se hacen observaciones acerca de las características de convergencia y estabilidad algorítmica del método propuesto. Dada la complejidad y carga computacional del análisis del método híbrido propuesto, se han seleccionado modelos de elementos, modelos de los componentes del sistema y algoritmos apropiados, para que la solución del problema se realice dentro de límites razonables de tiempo de simulación y consumo de recursos de la máquina de cómputo.
Competencias laborales : diseño y desarrollo de instrumentos para el proceso de evaluación por competencias del inspector de instalaciones eléctricas según lo establecido por el reglamento técnico de instalaciones eléctricas - retie
(Universidad Industrial de Santander, 2009) Cruz Bueno, Pedro Alexander; Ordonez Plata, Gabriel
Con la entrada en vigencia del Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas ŒRETIEŒ, se introduce una nueva figura en el ámbito laboral colombiano: el Inspector de Instalaciones eléctricas. Este se define como la persona habilitada para realizar inspecciones a las instalaciones eléctricas. Tal condición se alcanza actualmente, con el cumplimiento de algunos requerimientos de capacitación a nivel de diplomados o con el aval de entidades acreditadas por la Superintendencia de Industria y Comercio para certificar las instalaciones eléctricas, pero aún no cuenta con personal certificado bajo el esquema de las competencias laborales para la realización de estas inspecciones. Un sistema de competencias laborales funcional, garantiza la transparencia, la confiabilidad y la validez de la evaluación del talento humano, como principios básicos que rigen un proceso de evaluación por competencias. Para alcanzar la titulación de persona habilitada o inspector de instalaciones eléctricas, el candidato deberá conseguir tal condición con la demostración de sus competencias. Para ello, es indispensable que evidencie los conocimientos, las habilidades y las destrezas en un proceso de evaluación, que lo certifique en la verificación del cumplimiento de los requisitos establecidos en el Reglamento de Instalaciones Eléctricas ŒRETIE o en la determinación de sí las instalaciones eléctricas presentan alto riesgo para la salud o vida de las personas, animales o el medio ambiente. En este trabajo se busca proponer la gestión necesaria para implementar un proceso de evaluación por competencias, con el propósito de evaluar el personal habilitado para realizar la inspección de instalaciones eléctricas bajo los lineamientos del RETIE. Se identificarán las técnicas y los instrumentos necesarios para la recolección de evidencias en la implementación futura del proceso de evaluación por competencias con propósitos de certificación del personal habilitado para los procesos de Inspección descritos por el RETIE. Este trabajo está basado en instalaciones eléctricas residenciales, comerciales e industriales, sin embargo la metodología es aplicable a las demás áreas abarcadas en el RETIE.
Formación basada en competencias: estructuración del programa de tecnología en energías agroindustriales renovables
(Universidad Industrial de Santander, 2009) Triana Ramírez, Álvaro Alyamani; Carrillo Caicedo, Gilberto
El trabajo de investigación objeto del presente libro está relacionado con el estudio de competencias laborales a partir de las cadenas productivas agrícolas en especial las relacionadas de una u otra forma con producción de biocombustibles espacialmente biodiesel y bioetanol, estudiando con esto aquellos productos que los generan, a partir de las cuales se establezcan niveles de producción industrial siguiendo una metodología estricta, y planteando desde mapas de procesos hasta análisis de funciones y sus componentes normativos (criterios de desempeño, evidencias requeridas, campos y conocimientos). Aquí se plantea establecer como producto final el programa de formación de un nuevo tecnólogo en energías renovables agroindustriales formado con base en competencias, en especial aquellas que correspondan a la creciente demanda y aplicación de las nuevas tecnologías y energías renovables como insumo principal para generar el cambio requerido en el entorno industrial. De esta forma el estudio implica la participación de expertos en el área agroindustrial, ingenieros electricistas y todo el apoyo por parte de los sectores empresariales para una inicial consecución de la información y hacia una futura validación, que conlleve no solo a la certificación de los saberes de los trabajadores sino a una cada vez mejor estructurada y fundamentada cultura de calidad y competitividad.
Estudio de estabilidad en sistemas de potencia: metodología para la evaluación de la estabilidad de tensión mediante la aplicación de inteligencia artificial
(Universidad Industrial de Santander, 2010) Gómez Ruiz, Álvaro; Vargas Torres, Hermann Raul
Este trabajo de investigación propone un método para evaluar la estabilidad y seguridad de tensión en un sistema de potencia con la ayuda de inteligencia artificial. Se utiliza una técnica de inteligencia artificial llamada máquinas de soporte vectorial (SVM) para tal fin. Para la evaluación del sistema mediante esta metodología se necesita conocer la topología del sistema de potencia y contar con modelos que describan bien el comportamiento de los elementos del mismo. Además debe ser definido un caso base para el estudio (generación y carga). A partir de este caso base se realizan aumentos de carga en diferentes direcciones hasta encontrar los puntos de máxima cargabilidad del sistema en cada una de estas direcciones. Esto se realiza primero con el sistema en condiciones normales y luego con el sistema bajo contingencia. Luego de crear las dos bases de datos con los puntos de máxima cargabilidad del sistema (para condiciones normales y contingencia) se obtienen los datos de entrenamiento, validación y prueba. Estos permiten la selección de las características propias de las SVM y determinar su desempeño. Son creados dos modelos SVM uno evaluador de estabilidad (condiciones normales) y otro evaluador de seguridad (condición de contingencia). Además se define un índice en términos de la máxima potencia activa extraíble del sistema, ya sea en una dirección de carga determinada y/o en la dirección más corta al límite de la región estable o segura 1 : :
Modelado de la maquina síncrona mediante redes neuronales
(Universidad Industrial de Santander, 2010) Barrera Cárdenas, Rene Alexander; Vargas Torres, Hermann Raul
En este trabajo de grado se proponen modelos de regresión neuronal, de tipo caja negra, que repliquen el comportamiento de los modelos de la máquina síncrona, basados en ecuaciones de Park, que se utilizan en el estudio de estabilidad transitoria de ángulo ante grandes perturbaciones. Para la implementación de los modelos de regresión neuronal se utilizan redes neuronales del tipo perceptron multicapa (MLP). Los registros obtenidos de simulaciones en el dominio del tiempo realizados sobre un sistema de potencia básico (generador conectado a un barraje infinito), son usados para crear una base de datos de entrenamiento y posteriormente validar la metodología basada en redes neuronales artificiales propuesta para la estimación de las principales variables de la máquina síncrona. Se presentan funciones de regresión para tres modelos de la máquina síncrona: el modelo clásico, un modelo de quinto orden que incluye un regulador de voltaje automático (AVR) como sistema de excitación y un modelo de octavo orden equipado con un sistema de excitación del tipo AVR con sistema estabilizador de potencia (PSS). Según los resultados obtenidos, los modelos neuronales presentan una alta adaptación al modelo clásico de la máquina síncrona y una adaptación aceptable a los modelos de orden superior, lo cual muestra la validez de la estrategia, su posible uso para estudios de estabilidad sobre la máquina síncrona y la posibilidad de adaptar otras de técnicas de inteligencia artificial más elaboradas con el fin de obtener un mejor ajuste de los modelos neuronales.
Estrategia de validación de modelos empleados en sistemas de distribución
(Universidad Industrial de Santander, 2011) Serna Suarez, Iván David; Carrillo Caicedo, Gilberto; Vargas Torres, Hermann Raul
El problema de la localización de fallas en sistemas de distribución ha sido abordado de diferentes maneras, varias de las cuales dependen en buena parte del modelo empleado para validar el funcionamiento de los localizadores. Dadas las incertidumbres sobre las condiciones de operación de los sistemas de distribución, se hace necesario explorar los rangos de error bajo los cuales yacen los modelos implementados, identificar las posibles fuentes de error y mitigarlas al máximo para obtener un mejor modelo del sistema. En este orden de ideas, el presente trabajo de investigación propone una serie de estrategias mediante las cuales se puede mantener controlados los errores cometidos en el modelado, de manera que los análisis realizados con las herramientas localizadoras de fallas en sistemas de distribución sean objetivos. Dichas estrategias reflejan la experiencia ganada en el proceso de selección de los modelos más adecuados para la simulación en estado estable de los sistemas de distribución, el estudio de sensibilidad y de parametrización de tales modelos y las pruebas reali- zadas con un localizador de fallas implementado. Como resultado adicional, se ganó entendimiento sobre como mejorar el desempeño de los localizadores de fallas y se propone una nueva técnica de localización de fallas basada en la estimación de la resistencia de falla y compensación de la reactancia de falla vista desde la subestación de alimentación del circuito de distribución.
Competencias laborales : estructuración de funciones productivas para procesos de inspectoría de instalaciones eléctricas residencial comercial industrial de acuerdo con el reglamento técnico de instalaciones
(Universidad Industrial de Santander, 2011) Anaya Almeida, Ángel Antonio; Ordoñez Plata, Gabriel; Giraldo Picón, Wilson; Galindo Cárdenas, Jaime
Con la aprobación del Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas RETIE en Colombia, se hace imperiosa la identificación laboral de un nuevo actor en el sector eléctrico colombiano: ; quien será la persona habilitada para realizar inspecciones de las instalaciones eléctricas de uso final, emitiendo un concepto de conformidad de la misma. En este sentido, este trabajo de investigación consolida la identificación de las funciones productivas que debe realizar la persona habilitada en los procesos de inspección de instalaciones eléctricas residenciales, comerciales e industriales (bajo los preceptos del enfoque del sistema de competencias laborales), para propender por el mejoramiento continuo bajo los estándares de calidad en los procesos de inspección de instalaciones eléctricas. Para cumplir con el rigor ocupacional requerido por una nueva ocupación en Colombia, se propone identificar las actividades laborales a través del soporte metodológico del análisis funcional; así como la descripción de los componentes normativos de cada actividad laboral identificada. Esta metodología facilita la identificación y caracterización de perfiles ocupacionales con la precisión y claridad requerida para desempeños laborales competentes, al consolidar como resultados insumos para los campos de normalización, formación y evaluación por competencias laborales. De igual manera, ésta metodología es aplicable a los demás tipos de instalaciones eléctricas con cobertura por el Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas RETIE. Así mismo, en la implantación de la metodología se construye una base de datos como herramienta para el manejo y clasificación de la información. Este soporte sistémico facilita la categorización y clasificación de las actividades laborales, el agrupamiento por afinidad ocupacional y/o laboral (para la identificación de las funciones productivas) y la modularización ocupacional requerida en la definición del perfil ocupacional profesional del inspector de instalaciones eléctricas de uso final de acuerdo con los requerimientos del RETIE.
Uso racional de la energía a partir del diseño de aplicaciones sostenibles en el Edificio Eléctrica II de la Universidad Industrial de Santander
(Universidad Industrial de Santander, 2011) Osma Pinto, German Alfonso; Ordoñez Plata, Gabriel
Con el fin de lograr un nivel significativo de sostenibilidad energética en el Edificio Eléctrica II de la Universidad Industrial de Santander, se establecieron un conjunto de aplicaciones energéticas sostenibles, además de recomendaciones para el aprovechamiento de las condiciones micro-climáticas en sitio relacionadas con iluminación y ventilación naturales. Se diseñó un sistema de generación fotovoltaico-eolico con una capacidad instalada de 27 [kW] y de generación anual de 40 [MWh]. Su configuración permitirá la inyección de energía a la red en tiempo real y la alimentación de cargas específicas tanto de corriente alterna como continua a partir de dos micro-redes. Para el aislamiento solar de las azoteas, se estableció un sistema de cubiertas verdes de 1 300 [m2]. Adicionalmente, se concibió un sistema para el uso racional del agua a partir de la captación y reutilización de aguas lluvias y servidas claras, y la selección de componentes de nulo y bajo consumo. Este sistema que reducirá el consumo de agua potable en más del 70%. Posteriormente, se procedió a evaluar financieramente cada una de las aplicaciones energéticas diseñadas, con el fin de analizar la inversión inicial requerida, el ahorro financiero generado y la viabilidad financiera. También se determinó un sistema de medición de la sostenibilidad con 26 indicadores. Por último, cabe resaltar que este trabajo de investigación estructuró la realización de ocho proyectos de pregrado relacionados con generación limpia, iluminación con tecnología LED, aplicaciones inmóticas en seguridad, y ventilación e iluminación naturales.
Minimización del costo de la energía eléctrica en zonas francas de Colombia
(Universidad Industrial de Santander, 2012) Castillo Sauza, Alexis; Cruz Rodríguez, Rubén Darío
El costo de la energía eléctrica para las Zonas Francas en Colombia, áreas establecidas para estimular y atraer inversión al país, se ha incrementado sustancialmente en los últimos años, disminuyendo la competitividad de las empresas instaladas en estos polos estratégicos de desarrollo. Por consiguiente, en este trabajo de investigación se han planteado y revisado alternativas para minimizar los costos de la energía, tales como la eliminación de la contribución, una contratación óptima, la posibilidad de conexión de la frontera comercial a un nivel de tensión superior, la creación de una zona franca permanente de generación y una comercializadora de energía propia, gestión de la demanda, instalación de una segunda frontera comercial, autogeneración o cogeneración, participación en el mercado de derivados de commodities energéticos y una combinación de estas posibilidades dentro del contexto de los regímenes eléctrico y franco. Con base en lo anterior, se ha seleccionado una condición hipotética genérica de operación que considera el abastecimiento de energía para una Zona Franca de dos fuentes: una planta de autogeneración y la conexión existente al Sistema Interconectado Nacional. Bajo estas condiciones generales se ha formulado un problema de minimización de costos que modeló matemáticamente esta situación para su solución. Como herramientas computacionales se han usado el Sistema General de Modelamiento Algebraico - GAMS -y MATLAB. Con la herramienta matemática desarrollada se han ejecutado varios escenarios en un periodo de 10 años, considerando proyecciones de la demanda de una Zona Franca, de los precios de mercado y el combustible requerido por la planta de autogeneración. Los resultados muestran que es posible para una Zona Franca configurar y gestionar una condición de operación de su sistema que le permita obtener menores costos de energía eléctrica para abastecer las empresas instaladas en el parque industrial y de esta forma aumentar su competitividad.
Diseño de una metodología para la valoración de eventos causados por fallas de red e inserción de bancos de condensadores en sistema de distribución de energía eléctrica
(Universidad Industrial de Santander, 2012) Blanco Solano, Jairo; Ordoñez Plata, Gabriel; Barrera Núñez, Víctor Augusto
El problema de la calidad de la energía se ha convertido en una temática de investigación que cobra gran interés debido principalmente a los grandes impactos económicos y técnicos en los sistemas eléctricos de distribución. Dentro de las perturbaciones eléctricas asociadas a una deficiente calidad de la energía se resaltan los huecos de tensión y los transitorios por bancos de condensadores debido a su elevada frecuencia de aparición y su notable impacto en el funcionamiento de equipos sensibles, cargas industriales y en la interrupción de procesos. Según lo anterior, se ha hecho evidente la necesidad de formular estrategias metodológicas para la caracterización, identificación y valoración de este tipo de eventos de tensión y específicamente en este trabajo de investigación se propone una metodología para valoración de los eventos causados por fallas de red e inserción de bancos de condensadores en sistemas de distribución de energía eléctrica. La metodología cuenta con módulos de segmentación de señales, de diagnóstico de causas, de extracción de información a partir de un conjunto de descriptores, de localización relativa de la causa de la perturbación y de valoración de los eventos de acuerdo a la implementación de índices, todo con el fin de facilitar la gestión de la red a partir de la información extraída con el análisis metodológico propuesto. Estos módulos utilizan técnicas de tratamiento de señales y clasificadores basados en reglas de decisión, todos implementados en la plataforma MatLab. Los resultados de esta nueva herramienta se convierten en un valor agregado al producto de la monitorización de la calidad de la energía eléctrica y de gran interés para las empresas de distribución que buscan el mejoramiento de la confiabilidad y la calidad en la prestación del servicio del producto energía eléctrica.
Diseño y construcción de un prototipo de una herramienta magnética para inhibir las precipitaciones de parafina de campo escuela colorado
(Universidad Industrial de Santander, 2013) Jiménez Leiva, Cristian Camilo; Vargas Torres, Hermann Raúl; Ariza León, Emiliano; Meneses Flórez, Jorge Enrique
Este trabajo de investigación, está motivado por la necesidad de inhibir las precipitaciones de ceras tipo parafina de los pozos del Campo Escuela Colorado (CEC), las cuáles reducen considerablemente el diámetro efectivo de la tubería de producción, disminuyendo de esta manera la extracción y en casos críticos el taponamiento de la tubería. Entre las soluciones alternativas propuestas para evitar este problema, se plantea la aplicación de campos magnéticos con la intensidad suficiente para producir cambios en las características reológicas de las muestras de crudo tratadas. Para este fin, se realizaron pruebas preliminares en laboratorio, en donde se pudo observar los requerimientos básicos tales como la geometría de la herramienta, la disposición de líneas de campo, la magnitud de la densidad de flujo magnético, entre otros, para la aplicación del tratamiento. Teniendo en cuenta lo anterior, se construyó el prototipo de una herramienta magnética en base con los modelos matemáticos que describen el comportamiento de los circuitos magnéticos y el software numérico Finite Element Method Magnetics 4.2 (FEMM 4.2). Finalmente se realizaron mediciones en laboratorios a la herramienta en operación, obteniendo datos que validaron los resultados previamente arrojados por el modelo y el simulador. Por otro lado, se desarrollaron los experimentos necesarios para establecer las bases de diseño (intensidad de campo eléctrico, dirección de las líneas de campo, porcentaje de agua en emulsión, entre otros), en la construcción del prototipo de una herramienta de generación de campos eléctricos, para el tratamiento de muestras seleccionadas de crudo del CEC. En base con los resultados obtenidos en la investigación, se pudo observar que un campo magnético tiene la capacidad de reducir en un 32% la temperatura de cristalización de las ceras tipo parafina, así como también, con un campo eléctrico se obtuvo una reducción de 7,46% en la viscosidad de las muestras tratadas.
Sistema de gestión para el diseño de subestaciones eléctricas basado en el reglamento técnico de instalaciones eléctricas retie marco de soporte
(Universidad Industrial de Santander, 2013) Gómez Tapias, Jairo; Vargas Torres, Hermann Raúl
En este proyecto se diseñan herramientas que permiten minimizar el riesgo eléctrico desde el diseño de las subestaciones eléctricas acorde a lo establecido por el reglamento técnico de instalaciones eléctricas RETIE en Colombia, realizando el cálculo del apantallamiento de las subestación tomando como variables de entrada, el dimensionamiento de la subestación, además se realiza el respectivo cálculo del sistema de puesta a tierra, a partir elementos importantes en todo diseño y que sirven como elemento de confrontación por los entes reguladores, en Colombia. A su vez se busca maximizar el rendimiento económico en el diseño a través, de una herramienta que sirve como base para evaluar financiera y económicamente la inversión y operación de subestaciones eléctricas tipo, para inversionistas interesados en prestar este servicio en Colombia. Las variables de entrada de la evaluación financiera como lo son los ingresos, el presupuesto de inversión, los costos de operación y los gastos de administración permiten realizar el análisis que suministrará toda la información necesaria para elaborar los reportes y conocer los estados financieros, la tasa de descuento criterios financieros, criterios de decisión y análisis de sensibilidad de la subestación respectiva; los datos de los ingresos, los costos de operación y el presupuesto de inversión son tomados de la información suministrada por la Comisión de Regulación de Energía y Gas (CREG) a los operadores de red en Colombia según la resolución 097 de 2008, esta resolución se actualizará a partir del año 2014. El resultado final es independiente para cada subestación, ya que los datos varían de acuerdo con las características propias y con los diferentes escenarios planteados en el análisis de sensibilidad, además estas herramientas, se constituye también un instrumento útil para estudiantes de la asignatura de subestaciones eléctricas de la escuela de Ingeniería eléctrica, electrónica y de Telecomunicaciones en la Universidad Industrial de Santander.
Propuestas para el diseño de instalaciones eléctricas de uso final mediante la incorporación de criterios legales reglamentarios normativos y técnicos
(Universidad Industrial de Santander, 2013) Malagon Carvajal, Gabriel Alexis; Ordoñez Plata, Gabriel; Giraldo Picon, Wilson
El aumento de cargas electrónicas en instalaciones eléctricas industriales, comerciales y residenciales y su susceptibilidad a las interferencias electromagnéticas, ha incrementado en gran medida el interés en la naturaleza de estas cargas y las perturbaciones eléctricas en la instalación, con el fin de establecer prácticas de diseño que puedan configurar una instalación eléctrica segura y eficiente. Este documento presenta en el capítulo uno los criterios legales, normativos y técnicos relacionados con compatibilidad electromagnética y el diseño de instalaciones eléctricas, a nivel nacional e internacional. En el capítulo dos, se estudian los parámetros y problemas relacionados con la compatibilidad electromagnética de equipos e instalaciones de uso final. Por otra parte, en el capítulo tres se presentan una serie de buenas prácticas orientadas a la mitigación de los fenómenos producidos por el impulso electromagnético del rayo dentro del sistema de protección contrarayos. Así mismo, el capítulo cuatro, se orienta a la mitigación de los fenómenos de principal afectación sobre las protecciones eléctricas, en este caso particular, los fenómenos relacionados con armónicos en instalaciones de uso final. De igual forma, el capítulo cinco se ha orientado a establecer una serie de buenas prácticas para el dimensionamiento de transformadores. Del mismo modo, en el capítulo seis, se aborda la temática relacionada con motores, en un ambiente con problemas de compatibilidad electromagnética. Por otro lado, en el capítulo siete se presentan algunas prácticas para el dimensionamiento de conductores en instalaciones con alto contenido armónico y las estrategias para la mitigación de los fenómenos asociados. De igual forma, en capítulo ocho presenta el tema de dimensionamiento de canalizaciones en ambientes electromagnéticos no favorables. En el capítulo nueve se aborda la problemática y las estrategias de solución desde el diseño de sistemas de puesta a tierra. Finalmente en los capítulos diez y once se da paso a las conclusiones y recomendaciones del presente trabajo de investigación. 1
Sistema de gestión para el diseño de subestaciones eléctricas a partir de los requerimientos técnicos establecidos por el reglamento técnico de instalaciones eléctricas - retie
(Universidad Industrial de Santander, 2013) Gómez Tapias, Fernando; Vargas Torres, Hermann Raúl
El presente trabajo de investigación establece una metodología que permite realizar el diseño de subestaciones eléctricas a partir de los requerimientos técnicos establecidos por el Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas — RETIE y de la normatividad internacional vigente, la cual pretende satisfacer la necesidad que actualmente presentan las Empresas Operadoras y Certificadoras del sector eléctrico de tener una herramienta que involucre en lo posible todos los conceptos técnicos que permitan adelantar en forma rápida y confiable adelantar la etapa de diseño, en un proyecto de montaje y puesta en servicio de una subestación eléctrica. Los expertos en el tema han establecido modelos matemáticos que describen cada uno de los aspectos técnicos y de seguridad a tener en cuenta en el diseño de subestaciones eléctricas, cuando se tiene la subestación en condiciones de estado de operación normal o en estado de corto circuito. Como resultado se plantea una metodología que mediante la utilización de modelos matemáticos sintetizados a partir del análisis de los diferentes aspectos técnicos a analizar en una subestación eléctrica, que se resume en un diagrama de flujo de requerimientos técnicos exigidos por el Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas - RETIE; lo que permite la implementación de una herramienta software en AutoCAD que cubre el adelanto del dimensionamiento de una subestación como el desarrolló de los planos de planta y perfil de una Subestación Eléctrica, junto con su diagrama unifilar. Esta aplicación, incluye los cálculos de las distancias de seguridad necesarias para el diseño de los planos y el diseño de su malla de puesta a tierra mediante una herramienta informática desarrollada en el entorno Visual Basic para AutoCAD.
Herramienta metodológica para el análisis eficiente de simulaciones energéticas de edificaciones en El Trópico
(Universidad Industrial de Santander, 2017) Cardenas Rangel, Jorge Luis; Ordoñez Plata, Gabriel; Osma Pinto, German Alfonso
El diseño de edificaciones energéticamente eficientes requiere del uso de herramientas de simulación energética. Estas no están siendo utilizadas frecuentemente por los equipos de diseño debido a los niveles elevados de conocimiento y experiencia que requieren los usuarios de las mismas en aspectos como la obtención y análisis de resultados. Este documento propone una metodología que tiene por objeto reducir la experticia de los usuarios de las herramientas de simulación energética para el análisis y evaluación del desempeño energético de edificaciones tropicales. Dicha metodología se fundamenta en la evaluación comparativa por indicadores, y tiene en cuenta valores de referencia como la línea base de la Resolución 0549 del Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio de Colombia, así como el edificio de referencia recomendado en el Apéndice G de la ASHRAE 90.1. Para su obtención varias actividades fueron desarrolladas. Inicialmente, el escenario de uso de la metodología fue establecido a partir de la identificación de las principales características de un proceso de diseño con enfoque energético. Posteriormente, teniendo en cuenta una muestra de 100 artículos científicos y un grupo de criterios de selección se escogió la herramienta de simulación energética más pertinente para el análisis y evaluación del desempeño energético de edificaciones tropicales. La cual fue usada para el modelado virtual, ajuste, simulación y análisis energético de tres edificaciones (dos de tipo universitario y una vivienda de interés social), lo anterior, con el objetivo de identificar resultados de simulación útiles, y procedimientos para el análisis y evaluación del desempeño energético de edificaciones tropicales. En cuanto a su ámbito de aplicación, esta herramienta metodología puede ser usada para la evaluación del desempeño energético de edificaciones tropicales de varios tipos que estén en etapa de diseño o en operación.
Modelado y simulación de campo eléctrico a frecuencia industrial con aplicación al diseño de un prototipo de medidor
(Universidad Industrial de Santander, 2017) Rincon Adarme, David Javier; Chacon Velasco, Julio Cesar
A través de los últimos años se ha considerado cada vez más el efecto de los campos magnéticos y eléctricos como factores medio ambientales que influyen en la salud humana. En Colombia el Ministerio de Minas y Energía expide el Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE), el cual dicta en el ARTÍCULO 14°. CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS: “El presente reglamento establece valores de máxima intensidad de campo eléctrico y densidad de flujo magnético en baja frecuencia, para las zonas donde puedan permanecer personas, independientemente del tiempo de permanencia” (2013). Para determinar si una instalación cumple con lo establecido en el RETIE, es necesario medir los valores de campo eléctrico y campo magnético (60 Hz), y verificar si estos están dentro de los límites predeterminados. Con la intensión de desarrollar esta práctica, se propone medir el campo eléctrico dentro de un modelo coaxial de una línea de transmisión (modelo coaxial) que se encuentra en el laboratorio de alta tensión de la Universidad Industrial de Santander UIS. En este sentido, se modeló el fenómeno electromagnético dentro del modelo coaxial y se realizó la caracterización teórica del campo eléctrico dentro de este mediante un código que implementa el método de elementos finitos FEM con simetría axial en Matlab. Además, dada su ausencia se diseñó un prototipo de medidor de campo eléctrico que se adecua a las características del modelo coaxial. Para esto fue necesario definir el principio de funcionamiento y las especificaciones del medidor. Finalmente, se realizó una revisión bibliográfica relacionada con la medición de campo eléctrico (normas IEEE, IEC, etc.). Teniendo en cuenta los resultados de las simulaciones, las especificaciones dadas para el medidor y la normativa consultada, se propuso un protocolo para la medición del campo el eléctrico dentro del modelo coaxial.
Caracterización de inversores multinivel tipo puente-H en cascada
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Almeida Arguello, Daniel Felipe; Mantilla Villalobos, Maria Alejandra; Petit Suarez, Johann Farith
Los inversores de potencia basados en electronica de potencia hacen parte fundamental de la conversión´ de energ´ıa y el control de sistemas de energ´ıa electrica renovables y accionamientos eléctricos. Actualmente,éstos sistemas necesitan operar bajo tensiones y potencias mas altas de salida con el fin de incrementar la ´ produccion y eficiencia en sus procesos. A su vez, es necesario que estos sistemas cumplan requerimientos ´ de calidad de potencia electrica. En este sentido, el inversor multinivel surge como una alternativa interesan- ´ te con el objetivo de cumplir las demandas establecidas. En particular, la calidad de las senales de salida del ˜ inversor multinivel dependen directamente de las estrategias de modulacion implementadas para controlar ´ la conmutacion de los dispositivos semiconductores. ´ Partiendo de lo anterior, el proposito de esta tesis consiste en comparar cuatro estrategias de modulación´ del inversor multinivel de puentes H en cascada (CHB) en terminos de la distorsión armónica proporcionada ´ por la forma de onda de la tension de salida. Espec ´ ´ıficamente, se estudian y comparan las estrategias de modulacion por desplazamiento de fase PWM (PS-PWM), modulación por desplazamiento de fase con in- ´ yeccion de tercer armónico (thPS-PWM), modulación h ´ ´ıbrida PWM (H-PWM) y modulacion por vector es- ´ pacial PWM (SVM-PWM) en terminos del análisis del espectro de la tensión de salida, Distorsión Armónica ´ Total (THD), Distorsion Armónica Total Ponderada (WTHD), Factor de Distorsión (DF) y Armónico de Or- ´ den mas Bajo (LOH). Las topolog ´ ´ıas del inversor multinivel CHB analizadas fueron el inversor monofasico ´ de cinco niveles, inversor trifasico de tres niveles e inversor trifásico de cinco niveles. ´ Los resultados fueron obtenidos a traves de simulaciones y pruebas experimentales con el soporte de ´ las herramientas MATLAB/Simulink y dSPACE, obteniendo un desempeno superior en la estrategia de ˜ modulacion h ´ ´ıbrida (H-PWM) en la calidad de forma de onda de la tension de salida con respecto a las ´ demas técnicas evaluadas.
Dimensionado de una fuente híbrida compuesta de pilas a combustible tipo PEM y supercondensadores con conexión directa
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Jacome Garcia, Andres Mauricio; Solano Martinez, Javier Enrique
El objetivo principal de este trabajo es proponer una metodología de dimensionado para una fuente híbrida compuesta por una pila a combustible (FC) tipo membrana de intercambio protónico (PEM) y supercondensadores (SCs) con conexión directa. La metodología utiliza como insumos un perfil de potencia de referencia y hojas de datos de FC y SCs disponibles comercialmente. Se simulan todas las posibles combinaciones FC-SC suministrando la potencia de referencia. Las combinaciones son evaluadas teniendo en cuenta tres criterios: la FC no es reversible y tiene límites en la magnitud de la potencia, la dinámica de potencia suministrada por la FC no puede ser mayor a la definida y la tensión del SC nunca debe exceder la nominal por razones de seguridad. Las soluciones que no cumplan los tres criterios son descartadas. Las soluciones admisibles son comparadas mediante una función objetivo que considera el costo del hidrógeno consumido, el costo de degradación y el costo de recarga adicional de los SCs al finalizar el ciclo. La solución con el menor costo es la seleccionada. Como caso de estudio, se utiliza la metodología para dimensionar un banco de supercondensadores a ser conectado directamente con una PEMFC de 500W marca Horizon existente en el laboratorio de tracción eléctrica de la Universidad de Quebec en Trois-Rivières (UQTR), Canadá. Como perfil de referencia se utiliza un perfil a escala medido en un vehículo eléctrico híbrido real. Se considera el catálogo de supercondensadores Maxwell. Como resultado de la metodología se selecciona un banco de supercondensadores compuesto por dos módulos conectados en serie de 16V y 58F.
Planificación energética de micro-redes en zonas no interconectadas con condiciones de demanda dispersa
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Rodriguez Velasquez, Rusber Octavio; Osma Pinto, German Alfonso; Villamizar Mejia, Rodolfo; Ordoñez Plata, Gabriel
Las soluciones de energización eléctrica para regiones rurales remotas se basan principalmente en grupos electrógenos y sistemas fotovoltaicos individualizados por vivienda. Estas soluciones tienden a tener baja confiabilidad y un alto costo financiero y ambiental, especialmente las soluciones que involucran combustibles fósiles. No obstante, las soluciones actuales incorporan fuentes de energía renovables a partir de sistemas híbridos, con el fin de disminuir las emisiones de gases contaminantes, los costos de implementación y operación, y aumentar la confiabilidad y robustez del sistema eléctrico. Estos sistemas híbridos pueden llegar a ser considerados como una micro-red (MG) si incluyen una correcta integración de almacenamiento de energía, monitorización y control. Sin embargo, la implementación de MG en regiones remotas enfrenta retos como la energización de viviendas dispersas, la dispersión de las fuentes de energía y la gestión de energía, entre otros. A fin de explorar los retos que tienen las MG frente a la energización de regiones rurales remotas, este documento expone aspectos técnicos sobre la planificación de MG en este tipo de regiones y propone una estrategia de planificación energética que integra el dimensionamiento de los recursos energéticos distribuidos, la ubicación de las fuentes de energía y la arquitectura del sistema de distribución de energía eléctrica. La estrategia propuesta se aborda como un problema de optimización de programación no lineal entera mixta y se aplica a una región rural no interconectada del municipio de Cimitarra, Colombia.
Clasificación de eventos para monitorización no intrusiva de carga utilizando razonamiento basado en casos
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Cortes Torres, Jose David; Duarte Gualdrón, César Antonio
El consumo eléctrico en hogares y sitios de trabajo se ha incrementado. Esto puede ser eviden-ciado en el crecimiento de ciudades inteligentes, el uso de energías renovables y dispositivos tec-nológicos de última generación. Panorama que se torna necesario para el diseño de estrategias referentes a la gestión de la demanda. La monitorización intrusiva de cargas (NILM), permite me-dir el consumo eléctrico de forma centralizada para estimar la potencia individual de cada aparato conectado en un sistema eléctrico usando algoritmos matemáticos. En la actualidad, la metodolo-gía de razonamiento basado en casos (RBC) ha mostrado una solución apropiada para tareas de clasificación. Como el RBC fracciona el conocimiento de acuerdo al contexto, representa una ven-taja respecto con los métodos tradicionales. El presente trabajo de investigación describe el modelo para clasificación de cargas de tipo residencial en eventos de conexión y desconexión usando la metodología de RBC dividida en en tres etapas. La etapa de extracción de descriptores fue imple-mentada usando transformadas tiempo-frecuencia y de las definiciones de la norma IEEE1459 de 22 aparatos eléctricos de uso residencial. La etapa de clasificación está compuesta por 4 fases que dispone de 2 algoritmos por fase. La etapa de evaluación fue implementada usando la métrica de casos clasificados correctamente sobre total de casos. Los resultados fueron comparados con el método de clasificación basado en máquinas de soporte vectorial (SVM). Los hallazgos más im-portantes muestran que los 24 modelos implementados con RBC presentaron un 39.66% en pro-medio. Estos datos revelan que los modelos de RBC cuentan con un desempeño comparable con algunos métodos considerados en NILM, lo que se constituye en una metodología para la clasifi-cación de aparatos en un sistema residencial.

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