Archive for the ‘Energía Térmica’ Category
Los fallos más frecuentes en una alimentación pública suelen ser:
• Variaciones y huecos de tensión
• Micro cortes
• Picos de voltaje, transitorios
• Interrupciones de corriente
Las perturbaciones más importantes que provienen de las cargas son:
• Cargas no lineales
• Armónicos
• Corrientes pulsantes
• Picos de carga, cortocircuitos
La calidad de un suministro de energía eléctrica se debe caracterizar por la fiabilidad y la calidad del voltaje. Al parecer un fallo de alimentación, por ejemplo un cortocircuito próximo al usuario, con caídas de tensión del 50 % o más, se debe acudir a otra vía de alimentación, separar la instalación de la red y garantizar el suministro eléctrico a las cargas sensibles. Las variaciones de frecuencia y fase en la red son poco frecuentes y causan menor perjuicio a las cargas, que las desviaciones del voltaje. Muchos procesos admiten un amplio rango de la frecuencia de alimentación, y sin embargo, son altamente sensibles a huecos de tensión, distorsión armónica en voltaje y transitorios.
La campaña de medición (UNIPEDE-DISDIP) realizada en 9 países europeos, analizó las causas y número de fallos de la alimentación en Media Tensión, en 10.000 usuarios. El resultado se muestra en la figura del presente post.
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Hasta el año 2003 las fuentes de generación de energía eléctrica se resumían en hídricas y térmicas en base a carbón y diesel. Las fuentes hídricas dependen estrictamente de factores climatológicos, específicamente del nivel de lluvias registradas en nuestro país, por lo que el abastecimiento de energía generada en base a este recurso no es constante.
Las fuentes térmicas por su parte (carbón y diesel) se rigen por precios internacionales, por lo que se ven expuestos a volatilidad, afectando los costos de generación.
Sin embargo, desde agosto de 2004 con la puesta en marcha del proyecto del gas natural de Camisea, se dio un cambio fundamental en la matriz energética del país. El crecimiento actual de la generación eléctrica ha tomado impulso a través del uso del gas de Camisea, y por la iniciativa de inversión por parte de las empresas generadoras en la implementación de centrales térmicas.
Pero tal como aparece en la figura puedo pensar lo siguiente: la disponibilidad del agua (recurso hídrico) ha disminuido lo que hace insostenible la generación a partir de hidroeléctricas; y, los nuevos proyectos hidroeléctricos son más difíciles de hacer dado que ahora hay una mayor conciencia de la población por el gran y funestro impacto ambiental que generan los grandes embalses de agua de las represas para las hidroeléctricas (caso de las hidroeléctricas que se piensan implementar en el Río Marañón y que no es tanto el fin de vender la energía al Perú sino de exportarla al Brasil, he ahí el interés económico de las empresas). Las renovables en este panorama no pintan de manera apreciable, dado que las inversiones en infraestructura de rápida implementación como son la generación a gas con ciclo combinado ya ha sido comprometida. Por lo tanto, el Perú desconoce muchas cosas en parte también a que llena de tanta televisión chatarra, cortinas de humo y un sistema educativo que está calificado entre los peores del mundo.
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El regulador de un motor de combustión interna en un grupo electrógeno es un dispositivo mecánico diseñado para mantener una velocidad constante del motor con relación a los requisitos de carga. La frecuencia del motor está relacionada a la frecuencia de salida del alternador.
Hay varios conceptos de potencia generada en el motor: potencia principal, potencia continua, potencia de emergencia. En todo caso los sistema de control y automatización deben estar adecuadamente afinados y el sistema en condiciones de capacidad suficiente para responder a las necesidades de generación. Un buen criterio de selección es importante para tener el grupo electrógeno adecuado no sólo para condiciones de operación normal sino también para condiciones de emergencia.
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El viento se genera por el calentamiento desigual que sufre la tierra. En las regiones ecuatoriales se produce una mayor absorción de radiación solar que en las polares; por estas razones el calentamiento es más intenso cerca del ecuador y durante el día, esto quiere decir que las zonas más calientes se mueven sobre la superficie de la tierra en su movimiento de rotación. Generalmente el aire caliente sube, para después circular por la parte superior de la atmósfera y caer en las zonas más frías. A nivel del suelo la circulación es en sentido inverso. El efecto combinado del desigual calentamiento de la tierra y de las fuerzas centrífugas y de Coriolis debidas a la rotación, da lugar a vientos a escala terráquea, con unas tendencias más o menos permanentes.
Un fenómeno similar sucede en zonas montañosas donde las brisas de montaña y de valle son originadas por el calentamiento del aire en contacto con las laderas.
A lo largo de un año las variaciones estacionales de la radiación solar incidente provocan cambios en la intensidad y dirección de los vientos dominantes en cada uno de los puntos de la corteza terrestre.
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Fuentes y dispositivos de almacenamiento de energía suelen estar geográficamente distribuidos a nivel del área de la comunidad por lo tanto es necesario una comunicación de dos vías, al cual es necesario para operar y controlar las entidades de la microgrid. Con la comunicación bidireccional todos los equipos en la microgrid es monitoreada remotamente y la información desde las entidades sirven para mejorar la fiabilidad y la calidad de la producción de energía.
La figura muestra un ejemplo de la configuración de una microgrid. El Sistema Gestor de Energía (Energy Management System – EMS) tiene la función de monitorear y controlar todos los subsistemas en la microgrid. PAra este propósito EMS recibe datos en tiempo real desde todas las entidades. Estos datos son almacenados en la database del sistema en el EMS y es usado para analizar el estado del sistema y hacer la gestión de las fuentes de generación de potencia y las cargas de potencia controlable en la microgrid. El monitore y control de las fuentes de energía distribuida y cargas de potencia en la microgrid puede ser manejadas por un Sistema de Adquisión de Datos y Supervisor de Control (Supervisory Control and Data Acquisition – SCADA).
El sistema de comunicación cobre a aquellas entidades en la microgrid y la información proveniente desde todos los sensores y medidores en la red. La microgrid normalmente cubre una pequeña área en cambio una smart grid cubre una gran área geográfica. Por consiguiente una Red de Area Metropolitana (Metropolitan Area Network – MAN) y Red de Area Local (Local Area Network – LAN) puede ser usada y varias tecnologías puede ser usada para una microgrid.
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Hola a todos, en anterior post había colocado la presentación que hice sobre CSCP, sin embargo, entre las preguntas del auditorio una fue sobre la eficiencia de la instalación. Algo que fue rápido para mi ajustar el código y el diagrama de flujo para obtenerlo y que os presento en esta entrada. Recuerden que el período de simulación es de 24 horas indicado en el eje horizontal de la figura. Se observa que a cuando amanece la eficiencia se eleva rápidamente hasta alcanzar un valor estable y luego éste decae durante el ocaso del Sol al atardecer. Lo que más me sorprende es que a comparación de la curva de irradiación solar, la curva de la eficiencia es más plana durante mas horas a pesar de los valores de irradiación solar tienen forma de curva gaussiana.
La eficiencia es algo más de 71% y considero que se puede hacer un mejor cálculo si tuviera datos más exactos del entorno de la instalación y también de la utilización del flujo másico caliente de sal fundida (almacenamiento térmico, uso para la producción de calor-electricidad en ciclos Rankine, etc?). Podemos colaborar con colegas de las universidades, recuerden que estoy en Perú y un poco de colaboración extranjera es lo más adecuado para llevar investigación y propuestas al mercado eléctrico con mayor fundamento.
Casos semejantes como los campos de heliostatos con torre central (caldera central) y los motores Stirling tienen parecido principio, así que éste cálculo es un buen inicio en dicha temática. Favor si alguien está interesado me escribe que por conocer el mundo estoy muy apto a ello y aprender cada día más.
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Primero doy gracias a todos quienes son participes presentes o la distancia del trabajo que realizo y que la presente lo comparto, es para engrandecerles a todos los actores que en mi vida han sido partícipes. Nuevamente presento otra parte del modelo del CSCP mostrado en la entrada anterior (J594), en ello ya muestro dos cosas: la cantidad de masa que sale caliente (a alta temperatura) del CSCP para uso en sistema de generación de vapor o para calefacción y las pérdidas por convección entre el vidrio del absorbedor y el medio ambiente.
La masa útil se muestra en la izquierda superior la cantidad de kg/s que salen calientes del CSCP, dado que se fija la temperatura de entrada y de salida, es la masa la cantidad a calcular y simular. Como se ve a medida que el sol irradia durante el dia se llega a un pico hacia el mediodia. No hay valores negativos y se ha configurado de tal manera que sólo sean condiciones iguales o mayores a cero a mostrar, que es un acercamiento a lo real.
En tanto a las pérdidas por tener el absorbedor que contiene al fluido a calentar y caliente, éste interactúa con el medio ambiente, las pérdidas de calor son por convección natural, la convección forzada es posible con algunas modificaciones. La irradiación solar directa es reflejada por los espejos y caen sobre el absorbedor el cual contiene una configuración especial para evitar las pérdidas por convección y radiación y permitir la mayor cantidad de transferencia hacia el fluido operante (por lo común una sal fundida). Sin embargo, las pérdidas se producen y se tienen que calcular.
Simulado en Matlab/Simulink, un excelente herramienta para la gente que trabaja en ciencias e ingeniería. Las condiciones locales de una aplicación en especial lo puedo realizar, además de asesorar también las tesis o proyectos de investigación en modelamiento y simulación… esto es muy interesante.
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En esta oportunidad deseo presentar un parte del diagrama en Simulink y resultados de una simulación sobre un CSCP.
La gráfica izquierda superior representa el calor útil almacenado en el fluido operante, luego de haber sido reducido por varias pérdidas ópticas, geométricas entre otras. El valor negativo es una cantidad de energía que se gasta en calentar el fluido desde un punto de arranque frío (es decir, durante el alba).
La gráfica izquierda inferior se visualiza la radiación solar de un día completo (24 horas). Se ha agregado para que las pérdidas se computen a partir de la salida del sol.
Los colores significan diferente función del dato dentro del programa: entradas, procesos, salidas. Los datos indicados ahí son generales los cuales pueden ser ajustados para cada aplicación en especial. La situación del modelo es que es principalmente por convección natural la interacción del CSCP con el medio ambiente, para casos de viento se puede adicionar pequeñas correcciones.
Os lo comparto y espero sea de su utilidad. El modelo ha sido realizado 100% por el autor del blog guiándome del trabajo de tesis de una universidad española. El modelo se puede mejorar (obvio) y permitir el cálculo de muchos más parámetros técnicos y económicos.
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El empleo de superficies de platino bien definidas y limpias por J. Clavilier [5], ha permitido profundizar en la comprensión de las propiedades electroquímicas y electrocatalíticas de superficies bien definidas, especialmente el Pt, aunque su método de fabricación y tratamiento de superficies puede ser extendido a otros metales (Au, Rh). Así, se ha podido comprender la influencia de la estructura superficial en los estados de adsorción del platino, modificando radicalmente el concepto que hasta entonces se tenía, y sentando las bases experimentales para el desarrollo de lo que podríamos llamar Electroquímica de Superficies, ciencia sobre que está basada la Electrocatálisis.
Un ejemplo claro de la influencia de la estructura superficial de un electrodo en su comportamiento electroquímico, es la reacción de electrooxidación de metanol para electrodos monocristalinos de Pt y para electrodos de Pt monocristalinos modificados con Ru. En ambos ejemplos, las actividades obtenidas para el proceso de oxidación electroquímica de metanol son diferentes en función de la estructura superficial del electrodo de Pt .
Desde un punto de vista más aplicado, la utilización de estos electrodos no es viable. No obstante, y aunque el efecto de la estructura superficial es más difícil de discernir en nanopartículas de tamaños comprendidos entre 2-5 nm, por motivos geométricos evidentes, queremos destacar en este punto que la obtención de nanopartículas con estructuras superficiales diferentes, y por lo tanto, con densidades de sitios diferentes, debería modificar la actividad del catalizador, siendo ésta una de las alternativas más interesantes en la búsqueda de catalizadores más activos. A este respecto se puede mencionar el trabajo de R. Van Hadeveld sobre el cálculo de los diferentes tipos de átomos superficiales en función del número de átomos totales y de la estructura. En la figura, aparecen reflejados algunos de los modelos geométricos utilizados para llevar a cabo dichos resultados.
Finalmente, otros de los aspectos que se debe de considerar en este tipo de catalizadores y que también está íntimamente relacionado con la estructura superficial de los mismos, es la influencia del tamaño de la partícula, cuya relación área/masa es una forma de expresar la relación átomos supeficiales/átomos en el seno del material y que, parece lógico, debe influir en las propiedades electrónicas superficiales y por ende en sus propiedades electrocatalíticas. En la figura 2, aparece reflejada la relación entre el área superficial y el tamaño de la partícula para nanopartículas de Pt, suponiendo una geometría esférica
Diferentes trabajos han revisado la influencia del tamaño de partícula en la reducción de oxígeno, electrooxidación de CO, metanol, etc.
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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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La química organometálica, es una rama de la química que estudia el comportamiento de las moléculas que forman un enlace entre un metal y un átomo de carbono. Este enlace químico tiene unas propiedades particulares que modifica enormemente la reactividad de las moléculas orgánicas enlazadas al metal, permitiendo así la construcción de nuevas moléculas difíciles de sintetizar por otros métodos más clásicos. Esta química se sitúa en la frontera entre la Química Orgánica (la química de los compuestos que forma el carbono, el hidrógeno, el nitrógeno y el oxígeno fundamentalmente) y la Química Inorgánica (el resto de los elementos de la tabla periódica).
Son muchas y muy diversas e importantes las aplicaciones de la Química Organometálica, por ejemplo, la de los químicos Karl Ziegler y Giulio Natta que en año 1963 recibieron el Premio Nóbel por la síntesis de polímeros utilizando como catalizadores compuestos de titanio y aluminio. ¿Porqué fue tan importante este descubrimiento?. La respuesta es tan sencilla como que no nos podríamos imaginar el mundo actual sin plásticos, que no son más que polímeros sintetizados en su mayoría en forma artificial. Los polímeros se producen a partir de moléculas pequeñas (monómeros) que se van uniendo una a una hasta conseguir una cadena muy larga o polímero. Esta unión no es tan fácil de conseguir, pero Zielger y Natta diseñaron unos catalizadores que la facilitan. De manera sencilla, un catalizador de polimerización es una sustancia que se puede imaginar como una máqiuna microscópica que va tomando del entorno moléculas muy pequeñas y las van uniendo una a una hasta formar un polímero.
Un compuesto organometálico es un compuesto en el que los átomos de carbono forman enlaces covalentes (un enlace covalente entre dos átomos o grupos de átomos se produce cuando estos, para alcanzar el octeto estable, comparten electrones del último nivel, la diferencia de electronegatividades no es suficiente), es decir, comparten electrones con un átomo metálico. Los compuestos basados en cadenas y anillos de átomos de carbono se llaman orgánicos y éste es el fundamento del nombre organometálicos.
La electronegatividad es la medida de la capacidad de un átomo (o de manera menos frecuente un grupo funcional) para atraer hacia él los electrones, cuando forma un enlace químico en una molécula. La electronegatividad de un átomo determinado, está afectada fundamentalmente por dos magnitudes: su masa atómica y la distancia promedio de los electrones de valencia con respecto al núcleo atómico.
Un enlace químico es el proceso químico responsable de las interacciones atractivas entre átomos y moléculas, y que confiere estabilidad a los compuestos químicos diatómicos y poliatómicos. La explicación de tales fuerzas atractivas es descrita por las leyes de la química cuántica.
Formalmente, los compuestos organometálicos son aquellos que poseen, de forma directa, enlaces entre átomos de metal (o metaloides) y átomos de carbono, M+δ–C-δ, de mayor o menor polaridad. Es decir, un compuesto es considerado como organometálico si este contiene al menos un enlace carbono-metal. En este contexto el sufijo “metálico” es interpretado ampliamente para incluir tanto a algunos no metales (como el fósforo) y metaloides tales como B, Si y As así como a metales verdaderos. Esto es debido a que en muchos casos la química de los elementos B, Si, P y As se asemeja a la química de los metales homólogos respectivos. Por lo tanto, el término de compuestos organometálicos es también usado ocasionalmente para incluir dentro a los ya mencionados no metales y semimetales. En todos los casos se trata de elementos menos electronegativos que el carbono.
Además del enlace metal-carbono, el metal puede estar unido a otros ligandos formando unidades metal-ligando. El tipo de enlace fundamental entre el carbono y el metal es de tipo covalente, pero también existen compuestos con enlace de dos centros y dos electrones. Además, en los compuestos organometálicos con metales de transición es importante considerar la regla de los 18 electrones.
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Nanocatálisis se refiere a la aplicación de nanomateriales como catalizadores, este es un campo que ha experimentado un crecimiento vertiginoso, con aplicaciones tanto en catálisis homogénea como en cátalisis heterogénea. Si bien la catálisis representa una antigua práctica que el hombre a llevado a cabo hace siglos, hoy ha experimentado un renovado interés, principalmente por las interesantes propiedades que presentan estos materiales como son: su alta área superficial, alto potencial superficial, conductividad eléctrica y resistencia mecánica.
Uno de los objetivos claves de la investigación en nanocatálisis, es producir catalizadores con un 100% de selectividad, alta actividad, bajo consumo de energía y una vida útil larga, esto se puede lograr controlando con precisión el tamaño, forma, distribución espacial, composición de la superficie, estructura electrónica, estabilidad térmica y química de las nanopartículas individuales.
En catálisis homogénea, se utilizan como catalizadores, nanopartículas de metales de transición en soluciones coloidales, en este tipo de catálisis, las nanopartículas se dispersan finamente en una solución orgánica o acuosa, o en una mezcla de solventes.
Las nanopartículas metálicas coloidales, son catalizadores muy eficientes debido a que un gran número de átomos están presentes en la superficie de éstas. El método que se utiliza para su síntesis, es muy importante para aplicaciones catalíticas. El método de reducción empleado controla el tamaño y forma de las nanopartículas que se forman, lo cual es muy importante en aplicaciones catalíticas.
Los nanocatalizadores metálicos en catálisis heterogénea se preparan mediante la adsorción de nanopartículas en los soportes, que consiste en la funcionalización de los soportes para absorber las nanopartículas en ellos y la fabricación de nanoestructuras a través de técnicas litográficas.
La utilización de nanocatalizadoers en la industria química, proporciona una gran cantidad de utilidades, entre ellas:
- Aumento de la selectividad y actividad de los catalizadores, mediante el control del tamaño de poro y características de las partículas.
- Sustitución de catalizadores de metales preciosos por nanocatalizadores a la medida y el uso de los metales básicos, lo que mejora la reactividad química y reduce los costos del proceso.
- Catálisis en el diseño de membranas puede ser útil en la eliminación de moléculas no deseadas de gases o líquidos mediante el control del tamaño de los poros y las características de la membrana.
En vista de los numerosos beneficios potenciales que se pueden obtener a través de su uso, los catalizadores basados en nanotecnología, han sido objeto de una atención considerable en los últimos tiempos. Muchas aplicaciones y patentes han aplicado los catalizadores nanotecnológicos, ya que produce mejoras significativas en los procesos industriales.
La síntesis de nanopartículas metálicas se puede llevar a cabo usando diferentes métodos, lo que permite obtener nanopartículas monometálicas o multimetálicas. Estos métodos también permiten el control de la composición atómica y del tamaño de las nanopartículas. Además, es posible preparar nanofilamentos. Entre algunas técnicas de elaboración podemos mencionar:
- Síntesis de nanopartículas en microemulsión: El tamaño de las nanopartículas puede ser controlado y variado entre 1-50 nm, pudiendo además obtener diferentes composiciones: Platino (Pt), paladio (Pd), iridio (Ir), rodio (Rh), oro (Au), plata (Ag), cobre (Cu), así como nanopartículas binarias (Pt/Pd, Pt/Ru, Pt/Ir, Pt/Rh) y otras SiO2, CdS, ZnS, ZrO2, CaCO3, BaCO3, CdSe, TiO2, etc.
- Síntesis de nanopartículas en sistemas coloidales: El tamaño de las nanopartículas puede ser controlado y variado entre 5-50 nm. Este método tiene como principal ventaja que permite controlar la forma de las partículas (cúbicas, tetraédricas, esféricas, octaédricas truncadas) lo que dará lugar a diferentes propiedades.
- Síntesis de nanofilamentos: Estos nanofilamentos se preparan mediante el crecimiento preferencial de nanopartículas que actúan como núcleos de crecimiento en presencia de agentes coloidales y agentes reductores muy débiles. Con esta metodología, es posible controlar la longitud de los nanofilamentos entre 20 nm y una micra, aproximadamente. Además, controlando el tamaño de los nanofilamentos, se puede obtener diferentes colores.
- Síntesis de nanopartículas en fase acuosa: Mediante este método, el tamaño de la partícula es muy superior al obtenido con otros sistemas (situado en torno a los 50 – 500 nm en función del tipo de agente reductor utilizado).
Las aplicaciones potenciales de las nanopartículas son entre otras las siguientes:
- Estudio de propiedades ópticas, magnéticas, catalíticas y electrocatalíticas.
- Catalizadores (dispersados y soportados) para baterías, pilas de combustible, electrodos de difusión de gas, etc.
- Materiales cerámicos.
- Pigmentos.
- Sensores.
- Aplicaciones médicas y biológicas.
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El papel es el de proveer un camino energéticamente favorable para la reacción. Cuando a un mismo sobrepotencial, una determinada reacción electroquímica ocurre con velocidades diferentes dependiendo del sustrato electródico, a este fenómeno se le da el nombre de electrocatálisis.
La electrocatálisis puede definirse como el estudio o la determinación de la cinética de una reacción en función de parámetros macroscópicos como potencial aplicado al electrodo, concentración y temperatura.
La electrocatálisis puede definirse como el estudio o la determinación de la cinética de una reacción en función de parámetros macroscópicos como potencial aplicado al electrodo, concentración y temperatura. La electrocatálisis constituye una fuente de información de las reacciones heterogéneas multielectrónicas que implican especies reactivas y productos que transfieren sus electrones en la interfaz electrodo (catalizador)/solución electrolítica (E/E). Otro sistema heterogéneo de importancia tecnológica es aquel que se forma una interfaz sólido/gas.
La electrocatálisis trata sobre reacciones entre las especies que se adsorben sobre la superficie del catalizador. El papel de la superfici electrocatalítica es de proveer un camino energéticamente favorable para la reacción. Naturalmente, con el fin de encontrar una explicación acerca de la actividad catalítica de las sustancias, es esencial examinar las propiedades de la superficie más que en el seno del material. La característica de un átomo en la superficie es que éste tiene menos átomos vecinos que el átomo en el interior o en el seno del material. Esta coordinación no-saturada es la razón por la cual las propiedades electrónicas y vibracionales y algunas veces las posiciones cristalográficas de los átomos en la superficie difieren de la de los átomos en el seno del material. Por otro lado, las palabras activación y superficie del electrodo son términos muy usuales e inexactos que involucran un trabajo experimental y teórico a nivel molecular y/o atómico. La reacción con los sitios de superficie y su reactividad hacia el aducto en la interfaz E/E, puede dar lugar a la formación de complejo(s) de superficie.
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I am Peruvian and live in Lima, capital of Perú in South America.I am Mechanical Electrical Engineering, MSc Physics and Dr. Physics (title doctoral thesis: Control, Optimization, and Management of Microgrid Current Direct)
Too, actually job as Principal Professor in Faculty of Oil, Gas and Petrochemical Engineering of Universidad Nacional de Ingeniería (National University of Engineering) in Lima – PERU (Courses: Modern Physics, Differential Equations and Research's Methodology)
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