Archive for the ‘Wind Power’ Category
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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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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Este modelo ha ido mejorando en colaboración con colegas extranjeros, suena bien y vamos por buen camino… que sigamos progresando !! … están los componentes de la microgrid, esta es de corriente continua y alterna. Un escenario ha sido modelado a fin de ser considerado como estudio importante de un caso típico. La simulación se realiza en Matlab/Simulink de MathWorks Inc. El modelamiento se ha hecho en base a la literatura científica y libros de relevancia consultados….
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El tamaño de las turbinas se va a ir incremento, esto es un hecho. Mejores materiales en los diferentes componentes de las turbinas han hecho posible que cada vez una sola unidad pueda producir varios MW de potencia eléctrica. La comparación es el tamaño de un avión comercial. Es un reto tecnológico el desarrollar turbinas cada vez más grandes y que sean seguras, fiables y económicas. Las universidades, institutos de investigación y laboratorios de las empresas que fabrican estas cosas, van en un carrera que involucra la continuidad de su producción, el mercado que abarcan, las tendencias de uso de energías renovables y la continuidad de su existencia. Favor si hay oportunidad en alguna de esas empresas constructoras de turbinas eólicas para trabajar, me pasan la voz 🙂 … caso adicional, es a quienes desean hacer simulaciones en Matlab/Simulink y desean que les asesore me escriben…
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En la presente doy a saber los porcentajes de penetración de la energía eólica según estado de los EEUU (USA). Para tener mejor apreciación también hay un figura en que se lee las potencias instaladas en turbinas eólicas en cada estado. Es de notar que estamos hablando de varios MW instalados, lo que involucra también por ende, varios parques eólicos instalados en el territorio americano. De hecho cada año cambian estos porcentajes y principalmente las potencias instaladas. Pero estas figuras dan una primera imagen, a comparar en el futuro con los mismos estados, o que sirva de referencia en otros países.
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La energía eólica se incrementa su uso a nivel mundial, algunos países tienen una alta penetración de la energía eólica en sus respectivos sistemas eléctricos interconectados. Con penetración eólica se refiere a la cantidad en porcentaje de energía que se aporta desde parques eólicos en relación con lo que se necesita para abastecer las cargas eléctricas conectadas a un sistema eléctrico. La presencia de aerogeneradores trae consigo diferentes nuevos retos en el control y protección de los sistemas eléctricos de potencia. El criterio general es que mientras más robusto sea el sistema, la influencia es menor. Sin embargo, paises como Dinamarca tienen un alto grado de penetración. Paises como los de América Latina, aún se discute si ello es posible o si conviene o no conviene, quizás por falta de conocimiento de la técnica, quizás porque aún los ingresos estatales provenientes de impuestos a combustibles induce a seguir quemando combustibles fósiles para mantener la caja fiscal en positivo y que permita un flujo constantes de ingresos al Estado.
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Llego a esta entrada y veo que sigue habiendo mucho por compartir. Las turbina eólicas offshore, es decir, aquellas que se colocan en mar, se han implementado en muchos países y cada vez su uso se expande (es la tendencia mundial ir a fuentes de energías renovables). Sin embargo, su configuración cambia de acuerdo a la profundidad a la que se encuentra el suelo marino desde la superficie del agua. La figura muestra configuraciones típicas de turbinas eólicas offshore. Un análisis local de las velocidades de viento, características hidrodinámicas de las corrientes del mar durante un año típico, tráfico naval, entre otros… afinan los criterios de diseño e implementación de un parque eólico offshore.
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La figura refleja los principales componentes que tiene un parque eólico, centrado principalmente en cada turbina eólica, los cuales recogen o capturan parte de la energía contenida en el viento para poder transformarla en energía eléctrica. Desde la primera interacción del viento con la turbina, entran a tallar el control de la turbina, las interfaces adecuadas que transmiten la energía hacia cada unidad de transformación; todo ello, bajo el mando y control de la Unidad Controlador. Pero esto no es que trabaja por su lado, tiene una interacción fuerte con las condiciones de operación de la red, las cuales coordinan con cada Controlador de cada turbina eólica. Esta comunicación y retroalimentación, permite que se cumplan las exigecias de las normas de calidad eléctrica.
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Encontré que en Canadá también se hace un fuerte implementación de la energía eólica… obvio en países desarrollados más cuenta el sentimiento de «no deseo contaminar quemando petróleo u otro combustible fósil o nuclear para la generación de calor y electricidad», añadido a un pensamiento de que «deseo un ambiente más limpio para las nuevas generaciones» que en comparación a países del Tercer Mundo u en desarrollo en que se habla de que está bien… eso de implementar renovables suena bien, hacemos algo de salvaguarda de la ecología, pero … esto cuanto cuesta ? resulta rentable ? … y cosas así. En la gráfica se muestra los valores en barras negras de energía implementada y la roja la predicha en Canadá.
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Una turbina eólica genera ruido, el cual es necesario evaluarlo, se usa el equipo respectivo y se va recorriendo alrededor de la turbina haciendo las mediciones del ruido. Como pueden ver en la figura, es sobre un plano alrededor de la turbina y a distancias definidas en que se han tomado las medidas, por lo tanto, es un buen mapa simétrico en el nivel de ruido. Si hubieran desviaciones habría que analizar las causas. Gustaría hacer de estos estudios, quien se anima a contratarme?
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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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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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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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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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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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Muchas gracias por sus visitas al blog durante el mes de Octubre del 2012. Hemos superado todos los meses pasados y eso es muy motivante, dado que esta idea de compartir conocimiento, aportar en algo a la comprensión de la temática de las energías renovables y temas relacionados, se vé reflejado entre otras cosas en la aceptación, lectura y/o crítica de las entradas que realizo.
El tiempo es algo corto cuando se tiene que cumplir con varias responsabilidades con uno mismo y con el entorno social, sin embargo, he tratado siempre de arrancar un poco de tiempo al tiempo a fin de postear, dejando de lado actividades, algunas bien importantes que han llevado a pagar un alto costo… pero en fin, es un sueño, un motivo que nace desde dentro el desarrollar esta vocación.
A veces me pongo a pensar en que colocar en la siguiente entrada, pero tal como la vida lo es, la siguiente entrada es toda una inseguridad que si va a ser la correcta, somos inteligentes y entre la diversidad de información que se pasea ante nuevos ojos, hay que seleccionar lo que se tratará en el siguiente post. No hay aciertos ni desaciertos, considero, que de una u otra manera se aporta tanto al estudiante, al profesional o al público en general, al principiante y al experto dentro de las limitaciones que da el uso del blog.
Nuevamente muchas gracias, quedan invitados a mi facebook, muchos visitantes de mis blog son mis amigos y solemos conversar via este medio (facebook), otros lo prefieren hacer via Skype, algunos se apuntan en mi Linkedin… es grato saber de sus progresos y tratar de resolver sus dudas, inquietudes, preguntas, como también compartir lo que hacen en su trabajo, universidad o empresa.
Seguimos adelante !! 🙂
Jorge Mírez
PERU
Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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J526: El control por redes neuronales como estrategia de control de potencia de generadores eólicos…
Las redes neuronales son otra técnica del control inteligente que se basa en la forma como trabaja el cerebro humano a través del aprendizaje automático y del entrenamiento. El control de los Sistemas de Conversión de Energía Eólica – SCEE no ha sido ajena a esta técnica de inteligencia artificial y se han desarrollado diferentes controladores con un objetivo común que es mejorar el desempeño de los SCEE. A continuación se revisan algunas investigaciones que han abordado el tema.
En K. L. Shi y Li (2004); Li y colegas (2005) se mostraron las ventajas de la aplicación de una red neural para una pequeña turbina eólica, en donde se verificó la estimación rápida y precisa de la velocidad del viento actual sin el uso del anemómetro y se observó que la potencia mecánica máxima puede ser obtenida en estado estable y dinámico. Adicionalmente, a la red neural se le agregó una función de compensación con el fin de evitar que el coeficiente de potencia se desviara de su valor óptimo. A continuación se presenta la red implementada:
En 2006, Zhang y Li, propusieron una red neural con el fin de estimar el valor de la velocidad del viento sin la utilización de sensores teniendo cmoo entradas a la potencia en el eje del generador y la velocidad angular de la turbina. Esta red fue implementada en una tarjeta FPGA (fiel-programmable-gate array) y fueron realizadas diferentes simulaciones con una turbina eólica pequeña, con mejores resultados con respecto a métodos tradicionales.
En 2006, Bati y leabi, emplearon un sistema de control adaptivo basado en redes neuronales para el control de SCEE de media escala en diferentes condiciones de operación. Este método propuesto consistía de identificadores hacia adelante y hacia atrás, usados para modelar la dinámica del sistema en ambos sentidos, y adaptar los parámetros del controlador neural que es utilizado para entregar una señal de control al actuador del ángulo de paso. Los resultados de las simulaciones indicaron que esta estrategia de control propuesta es una gran contribución al campo del control en los SCEE.
En 2007, Xiangming y colegas, desarrollaron un controlador PID para el control del ángulo de paso por medio de redes neuronales utilizando el algoritmo de aprendizaje supervisado Hebbina, para un SCEE de velocidad variable y frecuencia constante de 1 MW de potencia nominal.
Las redes neuronales artificiales – ANN están inspiradas en las redes neuronales biológicas del cerebro humano. Están constituidas por elementos que se comportan de forma similar a la neurona biológica en sus funciones más comunes. Estos elementos están organizados de una forma parecida a la que presenta el cerebro humano. Las ANN al margen de «parecerse» al cerebro presentan una serie de características propias del cerebro. Por ejemplo las ANN aprenden de la experiencia, generalizan de ejemplos previos a ejemplos nuevos y abstraen las características principales de una serie de datos.
- Generalizar: Extender o ampliar una cosa. Las ANN generalizan automáticamente debido a su propia estructura y naturaleza. Estas redes pueden ofrecer, dentro de un margen, respuestas correctas a entradas que presentan pequeñas variaciones debido a los efectos de ruido o distorsión.
- Aprender: Adquirir el conocimiento de una cosa por medio del estudio, ejercicio o experiencia. Las ANN pueden cambiar su comportamiento en función del entorno. Se les muestra un conjunto de entradas y ellas mismas se ajustan para producir unas salidas consistentes.
- Abstraer: Aislar mentalmente o considerar por separado las cualidades de un objeto. Algunas ANN son capaces de abstraer la esencia de un conjunto de entradas que aparentemene no presentan aspectos comunes o relativos.
Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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Ponencia dictada durante el XIX Congreso Nacional de Estudiantes de Ingeniería Mecánica Eléctrica y Ramas Afines CONEIMERA 2012 que se realizó en la Ciudad de Huancayo del 01 al 06 de Octubre del 2012 http://www.coneimera2012.org/ Comparto las diapositivas de la presentación ppt, pero durante la ponencia se presentarón los archivos *.m y *.mdl mas simulaciones in live para el auditorio presente.
Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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Minicurso dictado durante el XIX Congreso Nacional de Estudiantes de Ingeniería Mecánica Eléctrica y Ramas Afines CONEIMERA 2012 que se realizó en la Ciudad de Huancayo del 01 al 06 de Octubre del 2012 http://www.coneimera2012.org/ Comparto las diapositivas de la presentación ppt (duración de minicurso 4 horas, se necesita computadoras con Matlab/Simulink, proyector multimedia, una pizarra acrílica, plumones).
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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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