Plan de mantenimiento / Confiabilidad / Empresa de distribución eléctrica / El objetivo de este trabajo ha sido desarrollar métodos y técnicas apropiadas para soportar estrategias de Mantenimiento Preventivo en los sistemas eléctricos de distribución. Desarrollar una metodología que permita evaluar, diagnosticar y predecir la confiabilidad en redes de distribución eléctrica en base a un historial de eventos y a lo establecido en la actual normativa eléctrica. Se presenta un plan de mantenimiento aplicable a redes de media tensión para una empresa de distribución de energía eléctrica, basado en criterios de confiabilidad. El modelo se construye con la unión de múltiples conceptos identificados en las principales fuentes bibliográficas consultadas de modo de obtener una metodología coherente y sistemática de fácil implementación. Se presenta y describe de forma resumida el orden lógico de los diversos procedimientos requeridos, la necesidad para la interacción entre el sistema y niveles de componentes, y una indicación de los tipos diversos de datos de entrada necesitados. Se plantea una metodología RCM adaptada como la base para el desarrollo del plan de mantenimiento donde se propone un método para definir la importancia de componentes individuales en una red con relación al costo total de interrupción. El resultado principal es un índice de importancia para cada componente. Este índice puede servir para la evaluación de acciones de mantenimiento. Además, el índice de importancia se usa para calcular la contribución de componentes en el costo total de interrupción de sistema. Éste es un primer paso para obtener una solución óptima de mantenimiento. Un estudio de casos es realizado para un sistema aéreo de líneas rurales. El estudio de aplicación demuestra que los índices son posibles de implementar en redes eléctricas reales y que pueden servir para priorización de mantenimiento. La estructura de la memoria sigue el mismo orden utilizado para desarrollar la metodología propuesta. Esto quiere decir, la primera parte incluye la estructura y modelamiento de sistemas eléctricos de distribución, en segundo término se presenta la evaluación de técnicas generales de confiabilidad y las estrategias de mantenimiento. Esto es seguido con el desarrollo de la metodología y algoritmo propuesto para ser aplicado a sistemas reales de distribución. Finalmente con la experiencia ganada en el sistema de prueba se procede con la formulación de la metodología general.

El presente trabajo de título consistió en la elaboración de un osciloscopio digital de propósito general, sencillo de implementar y de bajo costo. El sistema está dividido en tres fases principales: la etapa de adquisición y acondicionamiento de la señal, transporte de la información por USB y transmisión de dicha información dentro de una red LAN utilizando microcontroladores PIC. En cuanto al acondicionamiento de la señal, se diseñó en base a lo visto en la revisión bibliográfica una atenuación inicial y posterior amplificación variable mediante amplificadores operacionales de ganancia variable, controlada digitalmente mediante la multiplexión de un arreglo de resistencias que definen la ganancia. La idea fundamental fue acondicionar señales de distinta amplitud al rango dinámico del conversor análogodigital utilizado (0 – 5 volts). Una vez convertido el dato mediante interrupciones que garantizan la separación constante de tiempo entre muestras, se guarda dentro de la RAM interna del PIC y mediante transacciones PC-Microcontrolador PIC18F2550 se envían paquetes de datos por USB, los cuales son procesados y posteriormente graficados. Paralelo a esto, se trasfieren los datos captados a un segundo PIC (18F452), el cual define una conexión TCP/IP mediante el controlador Ethernet ENC28J60 y envía paquetes con la información recibida dentro de una LAN. Independiente al método de adquisición utilizado (USB o Ethernet), se diseñó un software basado en capas o módulos, el cual recibe la información, y la guarda en una cadena, y dependiendo si está o no definida la opción de trigger, localiza el punto de disparo y lo centra en pantalla, lo cual da la posibilidad de implementar también un control de desplazamiento vertical.

Este proyecto nace de una propuesta del profesor guía de esta memoria, que plantea la realización de un multiviewer, dispositivo capaz de mostrar varias entradas de video a través de una sola pantalla, para ser utilizado en televisoras y compañías de televisión por cable para la administración, verificación y edición de la señales de transmisión de TV. Además el mercado de este producto es mucho mayor teniendo un gran uso en sistemas de seguridad, monitoreo de transito, eventos y posibles usos en comercialización de dispositivos de video. El objetivo general del presente trabajo consiste en diseñar e implementar el software y hardware de un prototipo básico del sistema multiviewer, que permita sentar las bases de un futuro producto comercial. Este trabajo parte con la recopilación de información, investigando características de multiviewers comerciales de las cuales se elijen para implementar: el soporte de múltiples estándares, el control de tamaño y posición de sub-imágenes. La implementación del dispositivo requiere indagar en tecnologías de procesamiento lo que lleva a comparar las tecnologías Digital Signal Processor (DSP) y Field Programmable Gate Array (FPGA), llegando a la conclusión de la superioridad de la segunda por sus atributos de procesamiento paralelo. Luego de esto se define el diseño del dispositivo asignándole las funciones de control a la FPGA y el manejo de estándares a dispositivos externos. Las funciones de control son diseñadas como manejo de memoria para el control de posición, como interpolación y filtrado de señales en dos dimensiones para el control de tamaño, esto es implementado a través de Verilog un Lenguaje de Descripción de Hardware (HDL, Hardware Description Language) que permite la configuración de una FPGA. Por otra parte, el hardware del sistema se diseña para utilizar la plataforma de desarrollo Spartan-3A Starter Kit, con la cual se reduce el tiempo de desarrollo, y se limita el diseño a una placa de circuito impreso (PCB, Printed Circuit Board) con conexión a la plataforma de desarrollo. La PCB diseñada contiene los chips encargados de los estándares y los conectores necesarios para capturar las entradas y emitir la salida de video. El objetivo de diseñar e implementar el software del sistema fue completado, obteniendo la codificación en HDL de un sistema de dos entradas y una salida de video en formato YCbCr con muestreo 4:2:2 acorde a la recomendación UIT-R BT.601 de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) y con una interfaz acorde a la recomendación UIT-R BT.656. La salida de video contiene la imagen de un máximo de dos sub-pantallas de tamaño y posición seleccionable por el configurador, las cuales pueden contener una de las entradas del sistema. El segundo objetivo de esta memoria se alcanzó parcialmente, logrando obtener los planos de la placa de circuito impreso, pero no así su construcción, la cual se plantea como un trabajo futuro. El sistema diseñado permite la proyección de dos posibles sistemas comerciales a futuro, uno de bajo costo y prestaciones básicas para usos domiciliarios en seguridad y otro profesional para tareas de mayor envergadura que necesiten más entradas de video por monitor, una mejor calidad de imagen y mayor control sobre ellas.

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En estos días, el sector eléctrico nacional esta atravesando por una complicada situación de crisis energética, la cuál depende principalmente de la variabilidad hidrológica. Los estudios de abastecimiento eléctrico realizados mediante modelos nacionales de coordinación hidrotérmica, consideran sólo la aleatoriedad hidrológica como única variable aleatoria en sus horizontes de evaluación, ya que de ella depende gran parte de la capacidad de generación del SIC. Sin embargo, las dificultades actuales del sector eléctrico para garantizar el suministro de energía en el corto y mediano plazo hacen que nuevas variables puedan tener una incidencia relevante en la probabilidad de desabastecimiento, como la disponibilidad de combustibles y el crecimiento de la demanda eléctrica El presente trabajo busca ampliar un modelo de coordinación hidrotérmica, modelando e incorporando dos nuevas incertidumbres que influyen en la estimación de desabastecimiento eléctrico: crecimiento de la demanda energética y disponibilidad de combustibles. El objetivo principal es mejorar las estimaciones de probabilidad de déficit en el Sistema Interconectado Central y de otros estadísticos de interés. Se construyo un mecanismo de sorteo hidrológico pseudoaleatorio en la fase de simulación que permite balancear la frecuencia en que son sorteadas las hidrologías del registro histórico. Esto permite reducir los errores muestrales de los estadísticos, convergiendo al valor esperado de ellos con un menor número de secuencias hidrológicas a simular. La incorporación de las incertidumbres se realiza en la fase de simulación de una herramienta de coordinación hidrotérmica. Se utiliza el método de Montecarlo para la simulación del sistema eléctrico bajo distintos escenarios hidrológicos, demanda, y de disponibilidad de combustibles. La plataforma escogida para el desarrollo de este trabajo es el modelo OMSIC. Los modelos implementados permiten evaluar la incidencia de estas nuevas incertidumbres sobre estadísticos de interés, los que resultan de la simulación de la operación del sistema eléctrico en un horizonte de estudio. Finalmente se evaluó la situación de abastecimiento eléctrico del SIC para los próximos cinco años, simulando numerosos casos con incertidumbres distintas. Los resultados no entregan estimaciones de desabastecimiento alarmistas, pero muestran que el sistema eléctrico es vulnerable a situaciones de sequía en años venideros. Se concluye que contar con nuevas incertidumbres permite simular un mayor número de distintos escenarios, lo que lleva a evaluar el panorama de abastecimiento eléctrico de manera más extensiva, por lo que se obtienen mejores estimaciones de probabilidad de déficit en el SIC, así como también estimaciones más confiables de otros estadísticos de interés utilizados en diversos estudios de planificación y rentabilidad de proyectos, como costos marginales del sistema proyectados para años futuros y nivel de déficit energético esperado.

La robótica pasiva logra el movimiento de los robots utilizando solamente la fuerza de gravedad y es el concepto clave para comprender la orientación de este trabajo de título. Esta rama de investigación se origina del estudio biológico de los movimientos humanos, que busca principalmente, perfeccionar la robótica aplicada a los mismos, y, por otro lado, aumentar la eficiencia energética de los robots activos. El objetivo es diseñar un robot bípedo pasivo con rodillas que sirva de base para el diseño de un robot activo más eficiente. En primera instancia, se opta por diseñar uno sin rodillas, desde el cual se extrapola el diseño final. La creación de ambos requiere etapas de investigación, de modelación, de implementación en programa, de simulación y de construcción; esta última queda fuera del alcance de este trabajo. La etapa de simulación tiene por objetivo comprobar que el robot camina. Para ambos dieños, sin rodillas o de piernas rígidas y con rodillas, se dan a conocer los fundamentos teóricos extraídos de diferentes estudios relacionados con la robótica pasiva. Para el diseño del robot de piernas rígidas, los resultados derivan de las soluciones de la formulación matemática del modelo y de las simulaciones. Se logra una caminata de 10 pasos, cuyos parámetros se asemejan a los encontrados analíticamente. En el caso con rodillas, se plantean un bosquejo y la modelación matemática del mismo; sin embargo, la resolución de las ecuaciones no se lleva a cabo. Después de implementar en el programa el modelo con rodillas propuesto, se perfecciona el diseño usando ensayo y error, de lo cual se obtiene una caminata de 17 pasos. En ambos casos el programa utilizado para simular es Solidworks y los resultados numéricos se obtienen con Maple. Las caminatas tienen consumo bajo de energía de 0.257 y 0.137 [ J Kg m /( ) ⋅ ] para el robot con y sin rodillas, respectivamente. Si bien lo logrado requiere perfeccionamiento y mejoras en estabilidad, se considera que las caminatas obtenidas son un buen resultado para un primer diseño. Luego, junto con explicar algunos detalles del diseño, se analiza la influencia de algunos parámetros en la estabilidad y los resultados, por ejemplo: la relación entre masas, el roce, ciertas dimensiones, entre otros. Además, se discute sobre las caídas del robot y se presenta el desarrollo de las soluciones a éstas, donde destaca un mecanismo de bloqueo para la rodilla. Con el logro del objetivo planteado, se sustenta que es posible crear una máquina pasiva que camine semejante a los humanos a la cual se le pueda agregar un sistema de control actuado. El principal desafío hallado es pasar de un modelo plano a uno tridimensional funcional; esto se resuelve agregando una oscilación al modelo plano. Se concluye que el principal obstáculo para obtener la caminata del robot pasivo es la falta de coordinación de las oscilaciones que generan los pasos; en el trabajo esto se resuelve modificando con precisión el pie del robot, asegurando la amplitud de los movimientos con resortes y asignando correctas condiciones iniciales. Por otro lado, el roce juega un papel fundamental para la obtención de una caminata continua. Una simplificación interesante es que el conjunto de condiciones iniciales necesarias para producir la caminata pueden ser reducidas a sólo un impulso. Si bien la robótica pasiva ha sido investigada por varios científicos, en nuestro país constituye un estudio pionero. El diseño alcanzado puede ser mejorado en gran medida y no pretende ser un modelo acabado, sino que incentivar su desarrollo. Como trabajo futuro se propone construirlo (actualmente en realización) agregando las modificaciones sugeridas en esta memoria y resolver las ecuaciones del robot con rodillas. Además, junto con la idea de complementar el robot pasivo con un enfoque activo, se propone agregar brazos, torso y cabeza para completar sus características antropomórficas.

El propósito de la presente memoria es analizar de qué forma debe comandarse un vehículo solar para que recorra un trayecto dado en un tiempo mínimo, considerando que la energía disponible para su movimiento es la principal restricción para este tipo de vehículos. En primer lugar, se desarrolla un modelo en variables de estado para el vehículo solar “Eolian 850”, diseñado y construido por alumnos de ingeniería y de diseño de la Universidad de Chile. Se describe la dinámica del vehículo en su eje longitudinal al plano de simetría considerando las fuerzas resistivas y la fuerza de tracción que actúan sobre el auto que es representado como una masa puntual. Se realiza un modelo de las pérdidas en el sistema de tracción y se determinan sus parámetros. En la modelación del banco de baterías de litio polímero del auto se utiliza el modelo equivalente simplificado de parámetros concentrados de la batería de litio y se realizan pruebas experimentales para determinar la tensión interna del banco necesaria para utilizar el modelo. El problema de optimización se aborda como un problema de control óptimo, partiendo desde una situación simplificada del problema hasta un caso más completo y cercano a la realidad. Utilizando tres grupos de supuestos simplificadores se encontraron soluciones analíticas al problema de optimización. El caso más general del problema se aborda en forma numérica discretizando las ecuaciones de estado del modelo del auto y utilizando un software de optimización no lineal con restricciones. Para alcanzar el óptimo, se deben realizar variaciones de la velocidad que dependen de las variaciones en la velocidad del viento, de la presencia de pendientes en la ruta, de variaciones espaciales de la potencia solar y de la tensión variable en el banco de baterías. Sin embargo, estas variaciones no permiten reducir en forma significativa el tiempo total de recorrido con respecto a mantener una velocidad constante.

La energía eléctrica es un recurso necesario en la vida de todos, verificándose que la demanda energética de un país se encuentra, por lo general, correlacionada con su PIB. Lo anterior conlleva a la instalación o reposición de nuevas centrales de energía eléctrica y a la necesidad de aumentar la eficiencia del sistema. En este contexto se introducen las tecnologías de generación distribuida (GD), basadas en energía renovable. Estas tecnologías corresponden a centrales de mediana y pequeña escala, que se encuentran conectadas directamente a los sistemas de distribución. Pueden ser propiedad de los consumidores o de las empresas distribuidoras y entregan sus excedentes de generación al sistema. Debido a su favorable ubicación, la GD puede ayudar a mejorar la calidad de servicio necesaria para los consumos. Esto es posible si existe una correcta ubicación, conexión y coordinación de la GD. En este contexto se introduce el concepto de Generador Virtual (GV), ente encargado de la coordinación de la operación de distintas unidades de GD, de manera de optimizar su desempeño conjunto. El objetivo principal del presente trabajo de título es disponer de una metodología para determinar la ubicación óptima de un GV. Para ello, se efectúa un estudio detallado de las tecnologías implementadas en GD, en particular aquellas que utilizan recursos renovables. Se establecen las condiciones necesarias para determinar el mejor emplazamiento, basado en las características del recurso energético primario con datos estadísticos y las características de las redes de distribución (ubicación y capacidad). Con el fin de estipular los parámetros que determinan el punto de conexión a la red, se estudia la influencia de la GD en el sistema, como son: la influencia que ejercen los GD en los niveles de tensión en los distintos nodos donde se encuentran insertos, la reducción de pérdidas óhmicas relacionadas con la combinación de GD y servicios que pueden proporcionar un GV (regulación de tensión, continuidad de suministro, etc. los que entregan una mayor rentabilidad a este tipo de energías). Si bien la metodología es validada en forma conjunta, se presenta su aplicación a casos específicos de energía solar, eólica, biomasa y minihidráulica en la localidad de Ovalle y Salamanca. Los resultados obtenidos corroboran el potencial de aplicación práctica de la propuesta. Por último, como trabajo a futuro se recomienda establecer los niveles máximos de penetración de las distintas tecnologías en una red de distribución y desarrollar modelos que representen los efectos de combinar diversas tecnologías de GD en una misma red.

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