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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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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
Group of Mathematical Modeling and Numerical Simulation (GMMNS).
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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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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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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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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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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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Para cuantificar la influencia del ángulo de incidencia, tanto sobre las pérdidas ópticas como sobre las pérdidas geométricas, se introduce un parámetro denominado modificador del ángulo de incidencia, K(θ), que tiene en cuenta todas las pérdidas citadas, y cuyo valor es una función polinómica dependiente del ángulo de incidencia θ determinada de manera experimental.
La figura representa el modificador del ángulo incidencia del proyecto Eurotrough II simulando su ecuación resultando en Matlab.
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Esta experiencia es complementaria a la entrada anterior, dado que sigue la misma lógica de clasificación para asegurar el suministro según la calidad de energia y prioridad necesaria. De hecho en un hospital (dado que vengo trabajando 12 años como ingeniero en Hospitales en Perú) hay zonas muy prioritarias como las Sala de Operaciones, Emergencia, Sala de Partos, Unidades de Cuidados Críticos e Intensivos, etc. Algunas máquinas también no pueden ser desabastecidas de energía y la calidad en muchas de ellas son importantes. Y aca estudian en el caso posible de apagones o terremotos. Opino que en estos casos, circuitos de distribución adicionales deben ser considerados en la microgrid o en todo caso una posible reconfiguración de los existentes debe ser considerado para que como puede suceder en un terremoto el colapso de una zona o construcción puede interrumpir el único suministro de la energía eléctrica. Las potencias involucradas en este estudio demuestra que están considerando casos reales con demanda real y la experiencia en terremotos que tienen los japoneses.
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This is a specific application in operation normal, blackout and earthquake. I think what other distribuited lines is necesary in case colapse of part of the structure or reconfiguration of topology network for ensure supply in emergence case.
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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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Relación entre la energía específica y la potencia específica, mostrada en el año 2012, de algunas tecnologías utilizadas en la implementación de microgrids y smartgrids. Se observa que las celdas de combustible han tenido importantes progresos, sin embargo, las baterías aún tienen muchas mejoras y posiblemente con el uso de grafeno dentro de baterias o similares (ultra y super condensadores) la brecha se ampliará. La combustión interna, obvio supera en mucho, debido principalmente a sistemas cada vez más eficientes en capturar la energía química liberada durante la combustión.
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Depending to specific application of distribuited generation, the engineer or researche have a play with technologies diferents to attend need energetic of customers. What tecnology? How much power? How? Where to installed? between other questions are the first step in development a simulation or implementation experimental/demostrative project. This graphics is showing the general state of art in this technologies according to Specific Power and Specific energy.
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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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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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Son en sí dos proyectos con una instalación cada uno. La explicación esta en cada figura. Lo que puedo comentar es que son típicos casos en el mercado eléctrico posible a corto plazo: el atender a usuarios residenciales y los usuarios comerciales, que son en mucha mas cantidad que los usuarios industriales. Se prevee que la gran cantidad de usuarios residenciales, comerciales serán el fuerte punto que marque la tendencia de reducción de precios de los dispositivos eléctricos, caso similar a como sucedió con el mercado de los teléfonos celulares.
En estos proyectos han hecho un importante contribución al conocimiento de las microgrids, debido a las potencias que están manipulando (2 to 5 MW), eso es un buen punto a favor. Lo otro es la utilización de diferentes tecnologías, por ejemplo: turbinas de gas con cogeneración, celdas de combustible, tanque de almacenamiento de calor, entre otras. Es necesario comprender cabalmente estas tecnologías para que los nuevos desarrollos no sorprendan y se esté siempre en la capacidad de aportar en mejoras, sugerencias y/o adecuadas selección de tecnologías.
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This is cases typical in the next years in electric market. Electric power considered is good idea, therefore, important results is obvious. Too, the implementation of novel technologies in this projects is a important criterion considered because the technology and economic vision of there is researchers and companies is attend with products a many customer in the next years.
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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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Alemania ha programado un cambio en el uso de los recursos primarios para el abastecimiento de las necesidades energéticas.Tienen en la gráfica la tendencia, y que en el modus operanti alemán es muy posible que ello lo cumplan exactamente.
Una fuerte apuesta por la reducción de la utilización del carbón. Mencionar acá que esta reducción es ya a persar de que tienen buenas técnicas de purificación de los gases de combustión generados de la quema del carbón.
Energía proveniente de biomasa, PV, viento también son a usar más, la posición de Alemania dentro del Mapa Solar Mundial hace que tenga que jugar con diferentes formas de generación de energía.
Un factor importante es el incremento en la importación de energía, esto enmarcado quizás en la tendencia moderna de la generación distribuida y la implementación de smart grids en el mercado eléctrico europeo. Una dependencia del gas/oil va a continuar, pero la línea roja indica un notable incremento en todo lo que es la producción de energía a partir de fuentes alternativas renovables.
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Germany think to future to implementation of change in the use of primary resourse for energetic demand. In graphic show the tendence y i think to «modus operanti» german that it is very possible develpment exactly.
A important tendence in utilization biomass, PV and wind. But the posicion of Germany in World Solar Map, need implementation and development many technologies in energy generation.
Other important factor is increasing in energy import, i think in modern tendence to distribuited generation and implementation of microgrid and smart grid in european electric market. Therefore, the dependence of the gas/oil continue in the future, but the red line in increase notable in all renewable resource production energy.
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Estimados lectores, esta microgrid fue presentada en un evento en el 2012 al cual he tenido acceso. Tienen ahi las figuras de las partes mas descriptivas: el emplazamiento y los equipos utilizados.
En primer el emplazamiento se puede inducir que está en un zona de viento y sol, cerca al mar, en donde durante el dia iniciar y la noche, hay corrientes de aire por las diferencias de temperatura que se dan entre tierra y mar. Es de ver tambien, las distancias que se tienen tanto entre las cargas como entre las instalaciones de solar y motor diesel. La temperatura juega un factor importante en la eficiencia tanto de la producción de energía por celdas solares (las ecuaciones que describen una celda solar contemplan a la temperatura como una variable) y la eólica (no considerado en este tema) los cuales han sido descritos en anteriores posts. Se observa que la configuración de la microgrid es clásica, es decir: de tipo árbol, alterno (por lo tanto: hay que sincronizar) y con medianas cargas.
El segundo asunto son los equipos. Siendo esta una instalación experimental y demostrativa, se observa equipos de electrónica de potencia, baterías y cosas adicionales. En muchas publicaciones se describe los progresos en el diseño e innovación de cada uno de estos equipos y lo mismo de la generación, procesamiento y recolección de señales. Una de las partes importantes, no sólo es la configuración estable, sino la transitoria y que es a donde se centran los estudios. No sólo la transitoria por falla del sistema, sino la transitoria generada por la operación del sistema, lo cuales suceden en mayor cantidad, y si no se hace el cálculo adecuado o simulaciones del caso, se puede perder estabilidad y por lo tanto, el colapso del sistema.
Se entiende que este como otros es un gran esfuerzo, sea poca carga o mucha carga ayuda a estudiar posibles escenarios o probar y desarrollar estrategias para atender mas complicadas situaciones…
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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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Reportado en un congreso durante el año 2012, este proyecto ha sido realizado por ABB. Como pueden ver las figuras, cuenta con numerosos elementos tanto de generación, almacenamiento, control, consumidores, volantes de inercia, una conexión a la red regional de electricidad, cargas térmicas, motores o similares (consumidores rotantes)… El hecho es que todos se conectan a la microgrid y cada de uno de ellos está enlazada a un Centro de Control (Control Centre) que hace el monitoreo del sistema; recopila la información desde sensores, la procesa, ordena y almacena.
El lado izquierdo (mirando la pantalla) podría decirse que es un sistema en el cual todos se conectan, por lo tanto, no hay un control adecuado de cada uno de los elementos del sistema, según sea la necesidad, por ejemplo: si hay caída de tensión, escasa producción de energía eléctrica, baja calidad de la energía eléctrica entre otros problemas que se pueden presentar como armónicos, etc. A la derecha, se dispone de un control central, el cual toma las decisiones en virtud de la data recolectada y de una secuencia de decisiones previamente analizada y constantemente actualizada según los casos que se vayan presentando.
Estos experimentos y cosas demostrativas han dado un gran aporte a la compresión del tema, mejorando la performance, conociendo las limitaciones de cada tecnología, brindando mucha información en cuanto a los diferenets parámetros del sistema y de funcionamiento.
En la parte inferior, se menciona que se ha utilizado el DROOP CONTROL para la frecuencia, esta tecnica es muybuena, y el control permite la reducción de las reservas en cuanto al motor diesel. Permite de hecho una ahorro en el combustible dado que con un buen aprovechamiento de los recursos en este caso se ha logrado reducir las horas sin utilización del motor diesel hasta de 14 horas… El diagrama muestra el comportamiento estocástico de la producción y el consumo, a lo cual la microgrid se debe ajustar… por ningún motivo se debe decir al usuario que debe tener cuidado o limitación en el uso de la energía eléctrica… son los ingenieros y demás ramas los que DEBEN CREAR LAS SOLUCIONES para que el cliente o usuario las use y pague por ellas sin empeorar su calidad y estilo de vida, más bien incrementarlo. En Europa una casa promedio tiene una demanda de aprox. 10 kW considerado.
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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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Celdas de combustible tienen la perspectiva de ser cada vez más utilizadas en reemplazo de los combustibles fósiles en las unidades de transporte… el presente curva de una celda de combustible que utiliza hidrógeno (proviente de agua) como elemento de trabajo. Estas simulaciones pueden ser usadas en estudios y luego ser comparadas con los experimentos, si es que ya se tiene la celda de combustible o en caso se estén desarrollando los materiales para tal fin.
En las gráficas se presentan todas las condiciones de funcionamiento posibles. la separación entre puntos dan a saber la rapidez de cambio de la variable al cambiar la densidad de corriente. Tiene un parecido al de la celda fotovoltaica en la curva de potencia, con un máximo pico de entrega de potencia.
Las celdas de combustible son un buen tema a desarrollar, lo pueden hacer e interesante desarrollar modelos computacionales de celdas de combustible en las universidades y cenros de investigación. Quizás otros tipos de celdas de combustible se pueden desarrollar y por lo tanto, el código se tendrá que modificar en algo para adaptarse a ese nuevo material.
Hecho en Matlab, luego de numerosos intentos y os espero sirva de mucho.
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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.
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