Archive for the ‘Energía Térmica’ Category
Es la acumulación preferencial de una substancia en una fase líquida o gaseosa (lo que involucra la separación de una substancia en una fase fluida o gaseosa) sobre la superficie de un adsorbente sólido (IAS). Los procesos de adsorción son ampliamente usados en muchas aplicaciones industriales y en la purificación de agua potable o tratamiento de agua residual.
Un adsorbente deberá tener una gran capacidad de adsorción y rápida velocidad de adsorción, es decir, una gran área superficial o volumen de microporos con una estructura porosa tal para que las moléculas del adsorbato se transporten a los sitios activos (microporos d< 2nm, mesoporos 2<d<50 nm, macroporos d>50 nm). Ejemplos de adsorbentes comerciales: carbón activado (US$ 1 mil millones), zeolitas tamices moleculares (US$ 100 millones), gel de sílice (US$ 27 millones) y alúmina activada (US$ 26 millones).
La isoterma de adsorción es la relación matemática entre la masa del soluto adsorbido y la concentración del soluto en la solución una vez que se ha alcanzado el equilibrio.
La capacidad de adsorción es muy dependiente del pH de la solución ya que afecta las características de la superficie, el tipo de especies del adsorbato que se encuentran en la solución y las interacciones entre la superficie y el adsorbato en solución.
La isoterma de adsorción representa el equilibrio termodinámico entre el soluto adsorbido y el soluto en solución y por esta razón, es dependiente de la temperatura. La temperatura afecta el equilibrio porque las interacciones entre la superficie y las moléculas en solución dependen de la temperatura. En la literatura sobre adsorción en fase líquida se ha reportado que la temperatura puede afectar el equilibrio de adsorción de las tres formas siguientes:
- El equilibrio de adsorción se favorece disminuyendo la temperatura.
- El equilibrio de adsorción se favorece aumentando la temperatura.
- El equilibrio de adsorción es independiente de la temperatura.
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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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Tratar de manera conjunta todas las pérdidas térmicas del colector, es un recurso rápido para llevar a cabo un primer dimensionado de la instalación. Las gráficas que se muestran a continuación, corresponden todas al mismo colector
cilindro parabólico, Eurotrough-II, y se obtuvieron a través de diferentes pruebas y experimentos llevados a cabo por diversas instituciones (CIEMAT, DLR, NREL, SANDIA Laboratories). En el primer caso, se emplearon los tubos absorbedores UVAC de la casa israelita SOLEL y en el segundo se hizo uso de los tubos PTR70 de la firma alemana SCHOTT.
En todos los casos, se empleó un aceite térmico como fluido caloportador, un sistema de seguimiento similar al de la operación normal (a un eje), unas condiciones ambientales estables y sin viento y se mantuvieron los elementos reflectantes en perfectas condiciones de limpieza.
Los resultados de estas pruebas arrojaron las siguientes funciones, desarrollos polinómicos con los que se obtienen las pérdidas térmicas por metro de tubo absorbedor (en inglés, HCE, Heat Collection Element) y por metro cuadrado de apertura, en función de la diferencia de temperaturas entre la temperatura media del aceite térmico empleado
y la temperatura ambiente.
Se puede comprobar que no existen diferencias extremadamente significativas a la hora de evaluar las pérdidas térmicas globales entre dichas correlaciones, aunque probablemente se puedan considerar los resultados de NREL en el año 2007 (línea discontinua negra, en las gráficas) como los más precisos, por contar con resultados para un mayor rango de temperaturas de trabajo así como por la experiencia acumulada de esta institución a lo largo de los años en materia de pruebas de eficiencia y prestaciones de sistemas de concentración solar.
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Un colector solar es un tipo especial de intercambiador de calor que transforma la energía radiante procedente del Sol en energía térmica. Presentan problemas muy particulares de flujos de energía bajos y variables y según su tipología, son más sensibles a los distintos fenómenos de radiación solar. La mayoría de los estudios sobre aprovechamiento térmico de la radiación solar realizan su análisis partiendo de una clasificación tradicional que distingue entre colectores para aplicaciones de baja, media y alta temperatura.
En el colector de concentración se pueden distinguir dos elementos claramente diferenciados: el absorbedor (o receptor) y el sistema óptico de concentración o concentrador, con funcionalidades y ubicaciones distintas.
El receptor es el elemento del sistema donde la radiación se absorbe y se convierte en otro tipo distinto de energía. El concentrador es el sistema óptico del colector que dirige la radiación sobre el receptor. La apertura del concentrador es el espacio abierto a través del cual se intercepta la radiación solar.
En las aplicaciones solares de baja temperatura se emplean colectores solares sin concentración. Sin embargo, si se necesitan temperaturas de trabajo más elevadas, hay que recurrir a instalaciones de concentración solar. Se pueden señalar dos condiciones necesarias para estar hablando de una instalación solar de concentración. En primer lugar es necesario reducir el área de la zona donde se produzcan las pérdidas térmicas (el absorbedor). En segundo lugar, hay que interponer algún tipo de sistema óptico entre la fuente de radiación solar y el sistema absorbedor que permita recoger la mayor cantidad de energía solar posible y concentrarla sobre dicho absorbedor.
La manera de cuantificar las veces que se puede incrementar la energía solar sobre la superficie absorbedora es mediante el factor de concentración. La definición de este parámetro varía según los autores consultados, pero la definición más práctica se refiere a la relación entre el área del plano de apertura del colector y el área del plano que
recibe la radiación concentrada y se encarga de absorberla:
C = (Area de apertura) / ( Area del absorvedor)
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En esta parte complemento lo hecho en la entrada anterior. Resulta que a partir de la ecuación general de aletas los libros mencionan casos específicos de resolución de tal ecuación considerando la geometría. Así los casos de aleta triangular, cilíndrica y cónica son los más usuales. De su desarrollo analítico deducen ecuaciones para determinar su comportamiento. En el presente figura se da a saber los resultados de la utilización de ecuaciones para el modelo de aletas cilíndricas con dos coeficientes de transferencia de calor por convección. El límite de la aleta no se ha trabajado, debido a ello es que se tiene una parte de la curva ascendente, esto no indica que el modelo es falloso, sino que hay que tener en consideración que estos cálculos son aproximados y las matemáticas funcionan dentro de los límites del modelo. Acá en la figura tenemos margen fuera del modelo y lo dejo así para que vean que quien simula debe tener bastante criterio en la hora de evaluar los resultados (en el momento que se necesita comprender la gráfica).
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Las aletas son utilizados para evacuar calor hacia el medio exterior a un sistema que se desea por lo general enfriar. Existe una ecuación para determinar la distribución de temperaturas a través de una aleta bajo coordenadas cartesianas (amén de todas coordinadas cilíndricas y esféricas). Las geometrías pueden ser variadas entre las más utilizadas esta la forma rectangular y triangular. Para geometrías más complicadas las soluciones analíticas son complicadas y requieren demasiado tiempo y un buen conocimiento de matemáticas. Para palear ello haciendo uso del arte de la programación, se puede programar la misma ecuación diferencial (como se muestra en la figura) y encontrar los perfiles de distribución de temperatura para las diferentes formas de aletas que uno puede imaginar.
El modelo a considerar es que a lo largo de la extensión de la aleta se debe programar la dependencia del perímetro y del área como varía. Simulaciones más precisas pueden ver la dependencia de la conductividad y el coeficiente de transferencia de calor por convección. Pero estos detalles requerirán una capacidad computacional mayor, lo que se muestra es un modelo simple de aleta y que trato de describir mas que todo la curva de temperatura obtenida
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En algunas circunstancias, la superficie de una pared no solo disipa calor por convección hacia el aire que lo rodea, sino también hacia otras materias. En este caso el flujo de calor por unidad de área puede hallarse con la ecuación de Langmuir, que consta de dos términos: el primer término relacionado con la radiación y el segundo término con la convección natural y forzada.
El desarrollo del presente caso es mostrar como varía la cantidad de calor transferido desde una pared hacia el medio ambiente en función de la velocidad. Se han tomado valores unitarios para la mejor apreciación del fenómeno y la importancia ganancia en transmisión de calor a medida que la velocidad del aire se incrementa.
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Uno de los diseños que mas me ha llamado la atención y es la de darle una prioridad a cada carga mediante la clasificación en lo que es la calidad de la energía que recibemn. Para lograr ello avances y mejoras en los dispositivos de electrónica de potencia han realizado, pues se muestra que se han implementado numerosos de ellos para obtener las calidades adecuadas en cada una de las partes de la microgrid. No sólo han quedado en utilizar lo que es la corriente alterna, sino también en usar la corriente continua. Esto puede parecer una exageración en todo sentido, pero yo apuesto por que la transmisión de corriente continua va a ser poco a poco implementada y en un futuro de mediano plazo será la forma predominante para el intercambio de energía. Obvio, que tanto equipo electrónico significa avances en lo que es control, optimización y procesamiento de señales. Una fuerte apuesta de las instituciones japonesas en el desarrollo de esta configuración.
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I think what in medium term the electrical distribution in constant voltage will predominant in market electric. It is adventages technical but (today) desadventages economics is main osbtacle. This implementation in ac/dc is very innnovator and electronic power development is a vision to future well conceptualized. Implice too improved in control theory, optimization, signal processing and other topics.
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Esto es parte de una presentación del Dr. DK Kim de KERI y que reproduce la experiencia de Corea del Sur en el desarrollo de microgrid experiementales y demostrativas. Esta idea de Green Village es conocer la respuesta de la microgrid interactuando con los usuarios reales. 
Power IT es un sistema dual de energía eléctrica y calorífica. Es el manejo de la información lo que se da a notar acá. En primer lugar algunos equipos tienen protocolo propietario y en otras partes el procotolo es libre. Esto indica que están acá probando la funcionalidad del sistema en cuanto a la seguridad de información del sistema, dado que en el futuro, estos podrían ser atacados a través de las interfaces de comunicación. Imagino que software desarrollado para este experimento se ha realizado y numerosos casos en funcionamiento normal, transitorio y de ataque habrán sido probados.
KERI-IIT es un proyecto que trata de la implementación de un sistema que monitorice un área local. Y esto que tiene que ver con microgrid?… es que los futuros sistemas eléctricos serán constituidos por muchas pequeñas «cápsulas» o microgrids, los que deben tener un control local y este control local interactuar con las otras «cápsulas» o con la red eléctrica general que abastece a estas «cápsulas» en condiciones desfavorables para ellas. De esta manera, la información se distribuye y mejora la performance del sistema.
K-MEG destinado a los usuarios independientes, sea por distancia o por que así desean serlo (no depender de la red eléctrica externa, quizás sean aplicaciones específicas y especiales). Hay una fuerte inversión, posiblemente acá interviene el factor de desarrollo de equipos y materiales para los diferentes equipos que intervienen en la aplicación, así como la elaboración del software, monitoreo y todo lo que es señales, su procesamiento, tratamiento y almacenamiento. El negocio no está por las bajas potencias, sino por lo que los usuarios (casas, industria, colegios, universidades, manufacturas, etc…) en verdad necesiten.
OTG Microgrid, puedo decir que va relacionado al estudio en sí de lo que es la forma de operación. Pienso que acá se asume que los datos se tienen disponibles desde las diferentes elementos y el que hago con esta data? es lo que trata de resolver el sistema. Imagino que numerosos casos en estado normal y transitorio se han probado, asi como, con diferentes configuraciones (cargas, generadores, almacenamiento) de la microgrid. 
Diferentes grupos de investigación en Corea del Sur.
KERI es ya una planta piloto de microgrid, una instalación experimental muy bien constituida para investigación y demostración. Son muy buenas inversiones las que realizan las universidades y empresas involucradas en esta temática.
KEPRI tiene lo que a mi parecer es un mejor concepto, el de clasificar las cargar y en base a la importancia de la carga se prioriza, siendo la microgrid capaz de determinar esos estados de decrepitud y tomar las decisiones para la reconfiguración de la microgrid. Esto alivia el trabajo del control y no permite que toda la microgrid se pierda (desconecte o sufra un apagón).
MJU es un proyecto para el desarrollo de tecnologías para microgrid inteligentes, con diversas áreas que se pueden visualizar en la gráfica.
KNU se basa en el desarrollo de recursos humanos y la gráfica a continuación muestra las diferentes áreas de colaboración.
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The Korean experience is very interesting. Various operations modes of microgrid in probe actually. Korea is development prototypes for attend the need in the electric/heat market future. Technology and human resources both in constant improvement.
I a lot know in Matlab/Simulink, i can help in modelling (large system modelling, optimization, prediction and/or other topics) … 🙂
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La implementación de las microgrid traen tres principales beneficios: beneficios medio ambientales, beneficios técnicos y beneficios económicos. La identificación de los beneficiso de una microgrid (en cada caso específico) es una tarea de coordinación multi-objetivos y multi-grupo.
En los beneficios técnicos se puede mencionar la reducción de la carga pico (sea por mejora en la eficiencia, traslado del consumo a horas fuera de punta), la regulación del voltaje (debido a la presencia de fuentes de energía más cercanas a las cargas), la reducción de pérdidas de energía (pues reducción de tramos de generación y despacho de energía, mejora de la eficiencia) y un incremento de la fiabilidad (debido a la presencia de mayor cantidad de generación y almacenamiento, mejoras en el control, etc).
Los beneficios medio ambientales van principalmente por la reducción de los efectos de gas invernadero, ya que la idea es utilizar principalmente parte de las energías renovables a través de máquinas cada vez de mejor diseño.
Los beneficios económicos tiene que ver con la interacción con el mercado eléctrico bajo la modalidad de oferta y demanda. Esta forma de distribución de electricidad es una necesidad a corto y mediano plazo lo cual hace cada vez más rentable su implementación.
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The technical benefits is the improved in design, efficiencies and fiability in each machine, component and element in renewable energy convertors. In the near future, the energetic markect in the world take this tecnologies necessarily. I think that enviromental benefits not arrived late and a enviromental colapse have to suffer the humanity.
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Presentado en una conferencia internacional en el 2012, desarrollado en Alemania. Se observa que la caraacterística principal es la de tener un gran bus único de transporte de la energía eléctrica a la cual se acoplan todos los elementos (generadores, almacenadores, consumidores) de la microgrid. El bus es del tipo AC (Corriente Alterna) por lo tanto, si es que se tiene generacíón renovable envoltaje continuo, éste debe tener un convertidor DC/AC para acoplarse al bus. Dicho inversor debe tener diseño adecuado para hacer seguimiento de los cambios de frecuencia y voltaje del bus a fin de obtener una buena performance del sistema, cosa que supongo se ha realizado y muestra de ello, en la figura inferior se tiene un demostrativo de la idea en la cual han colocado simulares de algunos elementos que por el mismo hecho de ser un demostrativo en algún evento internacional, no le reta mérito de lo conseguido durante dicha actividad de investigación.
Si los inversores utilizados es de un sólo sentido debido a que está conectado a los paneles fotovoltaicos, de doble sentido de flujo de energía eléctrica deben ser los convertidores conectados a las baterías eléctricas. Hay mucho aún por mejorar en las baterías electroquímicas, hay materiales que almacenan más, pero estas (las baterías) son de bajo costo y fácil implementación, instalación, mantenimiento, etc.
Por lo tanto, se ha previsto lo que es la protección eléctrica, que bajo estos esquemas toma rumbos diferentes a la forma tradicional. Un importante aporte es la simulación de la implementación, la cual luego del diseño de escritorio, se prueba «virtualmente» el diseño y se determina el modus operanti posible de la microgrid. Los datos recolectados en el experimentos, son comparados con los teóricos (simulaciones), lo cual constantamente retroalimentan de información (data) a los investigadores para la mejor comprensión del funcionamiento de la micgrid.
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En la traducción al español Drivers significa conductor. Digamos que aca lo que desea expresar con los items que conducen el desarrollo de las microgrids en Europa. Los hay cuatro: medio ambiente, economía, seguridad en el suministro y la tecnología.
Medio ambiente: Lo que buscan lograr es la reducción del impacto o huella de carbono en el medio ambiente mediante la integración de fuentes de energía renovable de salida variable. Es decir, que la potencia de salida o energía de salida sea posible controlarla o adecuarla según la condiciones del despacho, la calidad deseada de la energia eléctrica y el tipo de cargas que son usuarias del sistema.
Economía: Se desea lograr la reducción de los costos de instalación, puesta en marcha, arranque especialmente para los sistemas remotos basados en motores diesel. Dichos lugares en Europa están considerados como aquellos los más lejanos, pero no significa los más pobres, la pobreza no implica en este momento un impulso para las renovables en donde tanto los fabricantes como centros de investigación desean usuarios que consuman para evaluar el desempeño de sus diseños y equipos.
Seguridad del Suministro: Incrementar la fiabilidad y resilencia, además de la capacidad de sobrevivir a desastres naturales. Se tiene una idea de fiabilidad, vínculada principalmente a la calidad del diseño del equipo, materiales y sistemas de protección. La resilencia en ingenieria es la capacidad de almacenar energía por un material dentro de su límite elástico y luego entregar dicha energia almacenada, esto por ley de termodinámica (entropía) no es 100% pero es un cuasi-ideal que sucede esto. Y los desastres naturales, son condiciones extremas, que el diseñador debe considerar en virtud de costos, oferta, demanda, zona de ubicación, etc… para que se mantenga la operatividad del sistema duante o poco tiempo después que suceda un desastre natural.
Tecnología: Incrementar el uso y mejorar el diseño y prestaciones de las modernas tecnologías de la información, hardware controlable (por ejemplo: dispositivos de electrónica de potencia) todos los cuales permiten protección y gestión avanzada. Sean las comunicaciones mediante cable, inalámbrica, por internet, encriptado o no y nuevas formas de comunicaciones (óptica, cuántica) harán controlable cualquier sistema eléctrico con cada vez mayor performance. Y la electrónica de potencia, que permitirá altas prestaciones antes cambios aleatorios de variables como viento y radiación, así como: alta calidad de energía eléctrica, mejor eficiencia de conversión AC/DC o viceversa entre otras mejoras por parte de los dispositivos de electrónica de potencia.
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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
Group of Mathematical Modeling and Numerical Simulation (GMMNS).
Universidad Nacional de Ingeniería. Lima, Perú.
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En cada lugar o emplazamiento se tiene un comportamiento de irradiación durante el día desde muy nublado, lluvia hasta de cielo despejado. Es en este último caso el que se debe caracterizar durante varios días o el sistema lo puede hacer de manera automática. Dado que sobre la central fotovoltaica o térmica se tiene una atmósfera que aplicando los criterios reales esta compuesto de material no uniforme dadas las condiciones locales de espesor de atmósfera y la influencia del medio ambiente local sobre ella.
Esta data recolectada y depurada mediante técnicas como por ejemplo Wavelets se logra obtener una curva característica local de irradiación, podría decir, un patrón de irradiación de la central «x» digamos o del sector «A» de la central solar «x» por si puede decir asi.
Luego con ella, se puede determinar las diferencias con la irradiación que se presenta cada día, habrá cambios sea estos dados por la presencia de nubes, cambios en la composición de la atmósfera por lluvias, arena, humo, etc… en base a ello el control toma las decisiones de caso para asegurar una adecuada producción de electricidad en la calidad y cantidad suficientes que aseguren la mayor performance. La gráfica muestra diferencias de un día basado en 96 datos recolectados durante el día (24 horas). Al parecer las diferencias son pequeñas pero en centrales grandes estas involucran importantes cantidades de energía. La toma de decisiones se contraresta con la capacidad del sistema de adaptarse en configuración eléctrica para responder a estos cambios.
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El panorama de la energía mundial está en un completo cambio debido a pocos actores clave y estos son:
- El medio ambiente.
- El mercado.
- La tecnología.
En el tema ambiental se procura que se den resultados del fuerte impulso que se tiene hacia sistemas de energía descarbonizados y una expansión cada vez mayor de las fuentes de energía renovables. De hecho eso tiene que ver con enfrentar intereses económicos y vencer paradigmas dado que al parecer no importa la salud del planeta si hay dinero de por medio. Bueno hay algo en contra, que la integración de las fuentes de energía renovable es un tema crítico, debido especialmente a lo impredecible y su naturaleza altamente variable. Numerosas técnicas se vienen estudiando ahora y algunas ya están lo bastante bien desarrolladas y medida del paso del tiempo, mejores técnicas se irán desarrollando.
Un mercado eléctrico con sistemas de energía eléctrica que cada vez se van a ir desmembrando por el hecho de entrar en cada parte generadores de fuentes renovables (concepto fundamental de la generación distribuida), pero en esto juego, hay aquí tambien muchos actores que tienen cada quien sus propios intereses y objetivos. No sólo ellos, también habrá y hay ya nuevos actores como son los de la industria de los vehículos eléctricos y las cuestiones de autonomía y eficiencia fijadas por autoridades locales y regionales (ya que ahora no se tendrá grandes centrales que abastecer a todo un país). Con el incremento de la población y mejora de su calidad de vida, la red eléctrica seguirá en una expansión horizontal no sólo en Europa sino en todo el mundo con más y más puntos de intercambio de energía, por lo tanto, se tiene a la vista un cambio en el paradigma de la gestión de centralizado a cada vez más decentralizado. Esto son las cosas del mercado.
Pues no quedado otra cosa que mejorar la tecnología, pues ahora perder o hacer mala gestión de la energía cuesta cada vez mas considerando que algunas cosas no la tenemos asegurada en reservas. Osea, que habrá un sistema eléctirco con más y más tecnología debido a las evoluciones en los campos de la computación y las telecomunicaciones, entre ellas: smart meters, sensores, controladores, dispositivos de comunicación, etc. Una gran cantidad de datos, cada vez mayor estará disponible para con ello lograr nuevas potenciales formas de gestión optimizada y por lo tanto, afianzar el concepto de smart grid con capacidades de computación no vistas hasta ahora y con niveles de perfomarce mucho mejores a lo visto hasta entrado este milenio.
Queda pues a los diversos actores de la sociedad, poner de su parte para que este mundo a pesar del crecmiento poblacional y su influencia en el medio ambiente, cuidar y preservar de la mejor manera la flora y fauna de la cual también somos parte. Y también a quienes buscan soluciones o las financian a mejorar sus aportes.
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Mis palabras han sido publicadas en mi Facebook personal y en:
🙂
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Este tema si que estuvo muy pero muy interesante, no sólo porque tenía que ser con el Almacenamiento de Energía Térmica (TES), sino de estudiar bien las empresas con productos en el mercado. Me interesó mucho los productos que usan material de cambio de fase (PCM), tecnología del tipo almacenamiento térmico por calor latente por cambio de fase. No sólo eso, sino de abarcar el mercado peruano de solar térmica. A todo esto me pidieron hacer un breve benchmarking de las instituciones de R&D y de las empresas con productos comerciales relacionados a nivel mundial, juntanto todo esto y comparando con lo que se tiene en Perú, hago un breve listado de oportunidades en Péru netamente del almacenamiento térmico en conjución con Solar, Eólica y Biomasa. Si algo me olvidé considerar, pues lo podemos mejorar el trabajo. El pdf de la presentación me reservo publicarlo… favor comprensión, salvo mejor opinión.
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Hay diferentes formas de almacenar energía, estos involucran tanto un gasto (costo) como también influenciado directamente por la calidad de los materiales que repercuten en lo que es la eficiencia.
Doy en esta entrada esta tabla inicial, mientras tenga acceso a mas información, podré aumentar de más datos a medida que se desarrolla la tecnología. Es necesario acotar que hay mucha investigación en realización tanto en universidades como en empresas, la continuidad de productos noveles en el mercado es bastante alta.
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Diferentes tecnologías se disponen en el mercado del almacenamiento de energía. Influenciado con la tendencia de la generación en función de energías alternativas renovables, existen muchas en el mercado.
Las consideraciones técnicas de cada una de ellas es la que se muestran en el presente post. Aunque la referencia es al parecer muy distante, el texto desde donde se saco es de reciente publicación.
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Datos Generales
Good day. My full name is Jorge Luis MIREZ TARRILLO.
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)
My subjects of my interest are control, signal processing, optimization, simulation, biomedical research, smart grid, microgrid, water.
I have experience in Matlab/Simulink programming, biomedical equipment, electrical systems, renewable energies, microgrids, saturated steam systems 100 psi and organizing academic events.
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