Ingeniero Civil Electricista / El objetivo de este trabajo de título es desarrollar una metodología para diseñar una central eólica con generador doblemente alimentado. Con este propósito, se describen las herramientas de análisis necesarias para estimar la velocidad del viento, la potencia generada por un aerogenerador y la energía generada por el conjunto de aerogeneradores que constituyen la central. Para ello se realiza una investigación de los métodos utilizados en la industria de los aerogeneradores, así como del comportamiento de las máquinas. También se hace una revisión de los modelos de generadores actuales, bases de datos públicas de la energía eólica y programas computacionales de apoyo, entre otros. Todo lo anterior se utiliza para el desarrollo de una metodología capaz de estimar la energía generada en un sitio, dado un determinado aerogenerador, permitiendo discriminar entre lugares con distinto régimen de viento y diferentes aerogeneradores. La metodología consta de dos partes: la primera, corresponde a una versión simplificada que sirve durante los primeros pasos del proyecto, cuando aún no se tiene información certera (que se consigue con meses de mediciones), pero permite hacer una buena estimación de la energía generada antes de comprometerse o no con el proyecto. La segunda parte incluye métodos adicionales necesarios para estimar de mejor forma el recurso eólico, requiriendo más información y tiempo de estudio; no obstante, entrega un resultado mucho más cercano a la realidad. Posteriormente, se aplica la metodología para un proyecto ficticio, llevándose a cabo casi la totalidad de los pasos necesarios, sólo faltando algunos que requieren mediciones. Se logra evaluar dos sitios potenciales con una variedad de aerogeneradores y posiciones dentro de la central, lográndose finalmente tener una estimación de la energía y el VAN del proyecto en cada localización. Con esto, se concluye que la metodología desarrollada es adecuada para seleccionar máquinas y lugares, y estimar la energía que proveerá una central con generadores doblemente alimentados.

La presente tesis trata del estudio de un tipo en particular de turbinas hidráulicas que viene a ser la turbina axial semi Kaplan tubular que consiste en un diseño especial que usa un rodete Kaplan de álabes fijos al cual se antepone un distribuidor axial, también de álabes fijos, ambos montados en una carcasa cilíndrica, prescindiendo así de la carcasa espiral. Inmediatamente al conjunto anterior se le instalará un tubo de aspiración recto o acodado según sea el caso. De este modo el flujo discurre paralelo al eje sin mayores cambios de dirección lográndose así un ahorro de espacio y también de costos civiles, de materiales y de fabricación. / Tesis

Sumario: Estudio en planta - El dispositivo de conmutación - Automatización del generador - Manuales de instrucciones - Conclusiones.

El objetivo del presente trabajo de título es analizar el diseño de un generador trifásico doblemente alimentado, enfocándose en los aspectos constructivos que determinan su comportamiento eléctrico, incluyendo métodos de control que se utilizan habitualmente para aplicaciones en aerogeneradores. Se comienza desarrollando el modelo de circuito monofásico equivalente, que permite estudiar las propiedades de este tipo de generador, especificando las convenciones de signos empleadas y las ecuaciones respectivas. Luego, se entregan las principales relaciones electromecánicas, con el fin de obtener los parámetros del modelo circuital, resistencias y reactancias, a partir de las dimensiones físicas y materiales constituyentes de la máquina. A continuación se describe el algoritmo de diseño implementado para los análisis posteriores, estableciendo criterios de evaluación de sus características eléctricas en aplicaciones eólicas para sistemas de generación con potencia nominal del orden de 2 MW. Finalmente se desarrolla la metodología de diseño para la determinación de las dimensiones más apropiadas del generador, la cual se ilustra para un caso definido de aplicación eólica. Se concluye que las estrategias de control implementadas en generadores eólicos doblemente alimentados son decisivas a la hora de determinar los aspectos constructivos del diseño, por lo cual se señalan los parámetros más relevantes y analiza su efecto en los modelos desarrollados.

Determina la caracterización y las mejoras técnicas de un aerogenerador; el cual está clasificado como de pequeña potencia (100 W) el diseño está integrado con un generador sincrónico de imanes permanentes, con el objeto de ser utilizado como fuente de energía eléctrica, para abastecer de energía eléctrica una zona específica de preferencia rural del país. En el marco teórico se ha incluido la información bibliográfica de los principios de funcionamiento de sistemas de aerogeneración, iniciando con la evaluación del potencial eólico del lugar elegido para la instalación, la clasificación, la teoría de la pala, principios básicos de funcionamiento del rotor eólico y del sistema en conjunto. La metodología utilizada para el desarrollo del proyecto que esta documenta en esta tesis se inicia con el levantamiento de los datos en el campo para evaluar el potencial eólico de la zona donde se va a instalar el aerogenerador. Luego se efectúa el dimensionado preliminar (de gavinete) de la turbina eólica considerando la velocidad promedio del viento, diseño de las palas del aerogenerador basados en las características aerodinámicas, se elige el perfil de la hélice en este caso se elige el perfil NACA 4412. Continua con el dimensionado de la generación eléctrica para lo cual se utiliza imanes permanentes de tipo axial que facilita la construcción. Luego de diseñar y construir el sistema, es montado en las cercanías de la ciudad de Huacho, donde fue sometido a pruebas de funcionamiento para determinar el coeficiente de potencia del sistema. / Tesis

Ingeniero Civil Eléctrico / Altas tasas de contaminación y procesos productivos poco sustentables han alterado de manera significativa el medio ambiente. Para atenuar este efecto, un gran número de países ha decidido aumentar las fuentes de energía renovables en sus matrices energéticas. Debido a esto y a la baja de los costos de inversión, la penetración de energía eólica ha tenido un alza sostenida en los sistemas eléctricos de potencia durante los últimos años, en los que la industria ha privilegiando el uso de aerogeneradores de velocidad variable. El objetivo general de este trabajo es revisar diferentes opciones de control de potencia activa y reactiva en aerogeneradores basados en generadores de inducción doblemente alimentados (DFIG), focalizando el estudio en estrategias de control de potencia activa. Para lograr esto, se realiza en primer lugar una investigación en la literatura especializada de los principales aspectos referentes al control de potencia activa y reactiva de este tipo de aerogeneradores. Posteriormente, en la plataforma MATLAB/Simulink, se implementan dos modelos dinámicos de aerogenerador con DFIG, uno equipado con ángulo de paso variable y el otro con ángulo de paso fijo. El control de potencia activa, en la región de velocidades de viento que están por debajo de la velocidad de viento nominal, lo efectúan bajo dos esquemas distintos de seguimiento del punto de extracción de máxima potencia (MPPT). La limitación de potencia para vientos por sobre la velocidad de viento nominal, la llevan a cabo a través del control del ángulo de paso y por pérdida aerodinámica asistida por control de velocidad. Una de las principales conclusiones es que los aerogeneradores con DFIG con limitación de potencia por pérdida aerodinámica asistida por control de velocidad deben tolerar torques considerablemente mayores que los que poseen ángulo de paso variable. Además, la calidad de la potencia generada a velocidades de viento sobre la nominal es mejor en este último. Por otro lado, se concluye que existe un compromiso entre la eficiencia y las cargas a las cuales se ve sometido el aerogenerador al considerar un esquema MPPT basado en la regulación de velocidad del rotor. Además, dependiendo del ajuste de sus controladores, este esquema puede lograr un mejor seguimiento del coeficiente de potencia óptimo, en comparación con un esquema MPPT que utiliza la velocidad del rotor para determinar la referencia de potencia activa.

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Ingeniero Civil Electricista / En el actual escenario mundial, donde cada vez es más frecuente que pequeños generadores ERNC suministren energ ía el éctrica residencial, comercial e inclusive industrial, se prevee que los sistemas de el éctricos de potencia tradicionales migren a sistemas que incorporen pequeños generadores ERNC inyectando su energí a excedente directamente a la red de distribución. Frente a este nuevo escenario, el Estado ha tenido que legislar al respecto promulgando una ley que regula el ingreso de estas nuevas tecnologí as y desarrollando el reglamento correspondiente con la finalidad de hacer sustentanble y mantener de forma segura los sistemas eléctricos de potencia, exigíendolos cumplir con normas técnicas. Además la nueva legislación incentiva el ingreso de estos nuevos actores con el pago, de las empresas distribuidoras de la energía excedente inyectada. Para poder incorporar estos pequeños generadores dentro del sistema eléctrico, se propone la construcción de un dispositivo que amplí e la forma de operación de distintos tipos de estos pequeños generadores, y que además permita que estos cumplan con las nuevas normativas para que se incorporen al sistema eléctrico de distribución y sincronizarlos en forma segura. El objetivo del trabajo de título es desarrollar y construir un dispositivo, que cumpla la función de interfaz entre el generador y consumo-red, con una potencia de 10[kW], que sea autónomo y que permita operar con un consumo aislado o sincronizado, que busca obtener un mejor rendimiento uniendo fases para el caso de operación en isla con conexión monofásica, y además, evaluar la rentabilidad del dispositivo. Se contruye un conversor de 7 piernas que se compone principalmente de un DSP que controla su funcionamiento, placas de transductores que miden variables eléctricas necesarias para el control y la placa del conversor, la cual recibe las señales de control y controla los circuitos de potencia. Se acondiciona parte del laboratorio de electrónica de potencia para realizar pruebas controladas y seguras. Se diseñan los algoritmos de modulación y control del sistema, que corresponden a modulación de espacio vectorial en 3 dimensiones que permite tener una salida del inversor trifásica con neutro, lo que permite conectar carga directamente, y control resonante que tiene la característica de controlar en torno a una frecuencia específica de 50[Hz]. Se realizan las pruebas de algoritmos y se registran las salidas que verifica que el inversor mantiene una tensión de salida a 50[Hz], en vacío, con variación de carga e igualando fases. Se calcula una breve evaluación económica para estimar la rentabilidad del equipo. Finalmente se obtiene un dispositivo experimental que puede servir como referencia de diseño y construcción de un conversor, desarrollo de algoritmos de modulación y control. Además de una base de aprendizaje en uso software para programar DSP y hardware de electr onica de potencia.

Ingeniero Civil Eléctrico / El presente informe analiza la estructura básica, características y el efecto de la sintonización de cada uno de los parámetros de tres elementos de control en una unidad generadora: El controlador de velocidad, el controlador de tensión y el estabilizador de sistema de potencia. Para asegurar la estabilidad dentro de un sistema eléctrico de potencia, es necesario que los reguladores mencionados estén correctamente ajustados, por lo cual esta memoria busca proponer una metodología para cumplir ese objetivo. El estudio abarca el control enfocado a centrales hidráulicas, verificando métodos de ajuste para compensadores PI y lead-lag. Se aplicaron las metodologías al caso particular de la Central Hidroeléctrica Carena: Se utilizó el compensador del tipo PI dentro del control de velocidad, ajustado mediante las técnicas de Bode y Ziegler-Nichols. Por otro lado, tanto para el control de tensión como para el estabilizador de potencia se utilizaron controladores del tipo lead-lag, los cuales fueron ajustados mediante técnicas de Bode. Se realizó el ajuste y las pruebas de los controladores en un modelo equivalente a una unidad de la central, con el fin de verificar que estos elementos cumplieran con las exigencias de la Norma Técnica. Se comprobó que la sintonización de los parámetros de los reguladores según los criterios sugeridos mejoró la estabilidad del sistema. En particular para el regulador de velocidad, se comprobó que el ajuste mediante técnicas de Bode tiene un mejor desempeño que el ajuste mediante el método Ziegler-Nichols. Por otro lado, la adición de la señal del estabilizador de potencia amortigua un polo de oscilación electromecánica, mejorando la respuesta del sistema. La aplicación de esta sintonización a cada una de las unidades de un modelo equivalente a las cuatro unidades de la central Carena requirió de un reajuste. Esto debido a que existe un cambio importante en la topología de la red. Se hizo un reajuste completo de los bloques lead-lag del sistema de excitación, mientras que sólo se ajustó la parte integral del regulador de velocidad, debido a que se buscaba reducir el error de estado estacionario. Finalmente, se reajustó el estabilizador de potencia para incluir un modo de oscilación más presente. Se comprobó que el ajuste mediante esta metodología cumple con los requerimientos mínimos de la Norma Técnica. La nueva sintonización asegura que la operación está dentro de los niveles de la carta de operación redefinida. Además, se comprobó la utilidad del estabilizador para la Central Carena, a pesar de que, por el nivel de potencia de la central, la Norma Técnica no lo exige.

Estudia los catalizadores basados en platino con la finalidad de optimizar el rendimiento de las celdas de combustible. Para este estudio se obtuvo un catalizador de Pt3Cr/C mediante la síntesis de poliol depositados en carbono Vulcan® XC-72, con la finalidad de mejorar la reacción de reducción del oxígeno. La caracterización física del catalizador fue realizado a través de técnicas como difracción de rayos, energía dispersiva de rayos X, absorción de rayos X, espectroscopía fotoelectrónica de rayos X y microscopía electrónica de transmisión. Para los estudios electroquímicos fueron realizados curvas de polarización en la celda unitaria utilizando membrana de Nafion®115, alimentadas con H2 en el ánodo y O2/aire en el cátodo, a diferentes temperaturas y presiones. Para la determinación del área activa se utilizó el método de stripping CO. El tamaño de partícula para el catalizador fue de 3,0 nm y la relación de átomos del Pt y Cr es de 3 a 1, respectivamente. El área superficial activa para el catalizador sintetizado fue de 483 cm2 mientras para el comercial fue 1029 cm2 por electrodo. A pesar de presentar una mayor superficie, el catalizador comercial ETEK comparado con el catalizador Pt3Cr/C sintetizado presentó un mejor rendimiento debido a la presencia de óxidos de cromo según se observó en el XPS.