Durante los últimos años, el país se ha visto enfrentado a escenarios energéticos complejos, en gran parte debido a la fuerte dependencia de recursos energéticos extranjeros como el petróleo y el gas natural. Por esta razón ha aumentado el número de proyectos eólicos, con el propósito de solucionar este problema y de esta forma contribuir a la operación segura del Sistema Interconectado Central. El aumento de generación eólica conlleva cambios bruscos en la potencia activa inyectada a la red debido a la naturaleza del viento. Estas variaciones de potencia influyen directamente sobre la frecuencia del SIC, razón por lo cual se necesita un sistema de control que permita mantener esta variable dentro de los rangos establecidos en la normativa chilena. El objetivo principal del presente trabajo es encontrar la cantidad de reserva en giro mínima, que permita realizar el control primario de frecuencia del sistema ante la desconexión de generación provocada por el funcionamiento de un parque eólico conectado al SIC. La metodología desarrollada contempla tres etapas. En la primera, se determina la ubicación de los parques según criterios de nivel del régimen eólico y cercanía al sistema eléctrico. Mediante el uso de simulación dinámica en el software DigSilent PowerFactory®, en la segunda etapa se determina la mínima potencia de reserva en giro utilizada debido a la desconexión de partes del parque eólico, respetando los criterios de calidad y seguridad de servicio aplicados en el país. En la última etapa se establece la relación entre la generación desconectada del parque eólico y la reserva utilizada por el sistema. Estos estudios arrojan los resultados para poder estimar la cantidad de la reserva en giro que deben mantener las centrales generadoras, para distintos niveles de penetración eólica en el SIC, de tal manera de suplir las variaciones de potencia que presenten los generadores eólicos y así, asegurar la regulación primaria de frecuencia. Además, se calcula el costo que tiene esta reserva para el funcionamiento del sistema.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Refiere el diseño, construcción, montaje y puesta en funcionamiento de un túnel de viento de circuito abierto, con zona de prueba abierta (túnel tipo Eiffel) y fue instalado en el Laboratorio de Máquina Térmicas e Hidráulicas de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional de Ingeniería (FIM-UNI) para el desarrollo y optimización de pequeños aerogeneradores para la electrificación de poblaciones rurales aisladas del Perú. El túnel consta básicamente de tres partes: el colector con rejilla de estabilización, la zona de prueba que es una cámara de estancamiento y el difusor. Dentro del difusor, se encuentra instalado el ventilador axial que trabaja a régimen de succión. El aire es aspirado a través del colector y la zona de prueba, hasta la entrada del difusor. Pasando el ventilador, el aire es conducido a través de un difusor y luego, es expulsado al medio ambiente. Los cálculos de diseño se realizaron empleando las ecuaciones de flujo compresible. / Tesis

En los últimos años, los aerogeneradores han aumentado su demanda por su bajo costo de instalación y el aumento de consumo de energía eléctrica, contribuyendo de manera rápida al acceso de electricidad de miles de personas de los países en desarrollo que viven en zonas rurales o áreas remotas; por lo que ofrece una prometedora alternativa. Las turbinas eolicas se aplican en: ambientes residenciales, sistemas híbridos, sistemas de bombeo, comercial e industrial, pesquería y barcos de recreación, pastizales, granjas, áreas remotas, desalinización, monitoreo remoto, investigación, educación, y estaciones de telecomunicación. El distrito de Reque cuenta con un recurso eólico cuya velocidad promedio es de 7,32_m/s, y hasta la fecha no hay ningún proyecto para aprovechar dicho recurso y convertirlo en energía eléctrica en beneficio de la comunidad. Por esta razón la presente tesis tiene por objetivo realizar un análisis aerodinámico de un elemento de álabe de una pequeña turbina eólica para aprovechar de la mejor manera el recurso eólico del distrito de Reque. Para ello, se analizará y seleccionará tres perfiles de álabes dibujados en CAD según NACA y se tomará como modelo el perfil que obtenga un mejor rendimiento aerodinamico con la intención de realizar proyectos futuros. Asimismo, se realizará una simulación computacional mediante software CFD con el propósito de validar los resultados.

Las energías renovables constituyen un recurso importante en el mundo ya que no contaminan el ambiente en comparación con los recursos fósiles. En el mundo se cuenta con un gran potencial de fuentes de energía renovables como el agua (energía hidráulica), los desechos (biomasa), aire (energía eólica), entre otros. Sin embargo, el potencial total de estas energías no son aprovechadas debido a factores como costos, falta de lugares idóneos para su implementación y factores que pueden afectar en muchos casos el hábitat de los animales. En el Perú, el potencial teórico de energía eólica es de alrededor de 22 000 MW contra una capacidad instalada de 239 MW, lo cual representa 1 % del total que se podría obtener. Las principales barreras para un mayor aprovechamiento del potencial eólico son los costos y la tecnología. Dado que el potencial de energía eólica y su crecimiento está basado en la altura de las torres de los aerogeneradores, su desarrollo se ve impedido por el transporte y la maquinaria necesaria para su instalación a más de 100 m de altura. Por ello, en el presente trabajo se desarrolla el diseño de un sistema generador de electricidad con una estructura tipo cometa como dispositivo para captar la energía cinética del aire a alturas mayores a 100 m. El diseño cuenta con una cometa que está unida mediante cables a una unidad de control que cuenta con dos motores DC que modifican el perfil de la cometa para controlar su trayectoria. La unidad de control se une también mediante cables a una estación en tierra donde se encuentra un tambor que transmite el movimiento al generador. En la estación en tierra se ubica un motor AC para retornar la cometa una vez que esta haya alcanzado la altura máxima de operación. El generador se conecta a un banco de baterías para almacenar la energía producida. El control de la trayectoria se realiza mediante un control en tiempo real y módulos de posicionamiento, así como sensores de velocidad de viento, sensores de fuerzas, temperatura y voltaje para asegurar la seguridad del sistema. La metodología del diseño propuesto se delimita a partir del estado del arte encontrado. Luego, se definen los conceptos de solución y se evalúa el concepto de solución óptimo. Se realiza también una evaluación de los sensores y actuadores a usar a partir de los requerimientos establecidos, y se define una estrategia de control para la trayectoria en la generación de energía. El resultado final del diseño se muestra en las ilustraciones del documento y planos.

El Perú es un país con un potencial hídrico elevado y cadenas montañosas de gran elevación, sin embargo, existen sectores de la población que no cuentan con o cuentan con un acceso limitado al servicio de electricidad. Debido a esto, la realización de la presente tesis tiene como principal objetivo realizar un estudio a nivel de perfil de un proyecto de generación hidroeléctrica para explotar el potencial hídrico en una microrregión de la provincia de Corongo en Áncash. En forma de una central hidroeléctrica de potencia menor a 20MW que suministre energía directamente a la red de electrificación nacional y compararlo con un proyecto existente y actualmente en desarrollo. En este trabajo de investigación se establece el contexto actual de la electrificación rural en el Perú, los lineamientos para proyectos de inversión pública de la plataforma Invierte.pe, y se presentan los conceptos y fundamentos pertinentes en el marco teórico. Se realiza la recopilación de datos y estudios preliminares de topografía, geología e hidrología a detalle sobre la base de imágenes satelitales, cartas geológicas, datos de precipitación máxima y media mensual, y datos expuestos en el expediente técnico del proyecto existente mencionado. Como resultados de dichos estudios se determina que el caudal de diseño óptimo para la central hidroeléctrica es de 6 m3/s, el salto neto de 400 metros y una potencia nominal de 19.35 MW. De la misma forma, se realiza el diseño hidráulico de las obras civiles que conforman la central hidroeléctrica planteada garantizando la funcionalidad de la infraestructura. Y finalmente, se realiza el estudio económico del diseño y se establece el presupuesto y rentabilidad del proyecto. Para los cuales resulta un presupuesto total, después de aplicar el IGV, de 22.8 millones de dólares y una TIR de 27.01% lo que indica que el proyecto posee una rentabilidad alta y es viable económicamente.

A crucial aspect of evaluating and maintaining a photovoltaic (PV) installation connected to the grid is the availability of models that describe its operation reliably in real operating conditions. The nominal power of the PV generator (P*M) is considered an essential input parameter, and several models have been proposed to estimate P*M for characterizing the PV system. In the case of PV generators in outdoor conditions, the American Society for Testing and Materials, the International Electrotechnical Commission, and others have proposed procedures to determine the P*M of the generator. As part of these procedures, monitoring days with ideal conditions is mandatory, notably days with a clear sky, high irradiance values, and low wind speeds. Such restrictions can limit the number of suitable monitoring days, especially in places where clouds frequently form. This thesis proposes a new approach that allows estimating the P*M with data even from non-ideal, partially cloudy days. Based on non-parametric statistics, this procedure identifies and filters out noise as well as deviations from ideal conditions of irradiance, allowing for an estimation of P*M with similar accuracy as for a clear-sky day. This new procedure enables the characterization of a PV generator on a daily basis without the requirement to meet ideal conditions, thus, considerably enhancing the number of suitable monitoring days. To overcome the limitation in the P*M estimation and considerably extend the number of monitoring days, the new procedure can be applied to ideal and non-ideal conditions, such as partially cloudy days. This procedure determines the most probable nominal power value within one monitoring day using non-parametric statistics. In order to test the new procedure, a 109.44 kW photovoltaic plant in Granada, Spain, was monitored for six months. A referential procedure reported in the literature for large PV plants under ideal climatic conditions is first applied to estimate its nominal power. The results indicate that the nominal power can be estimated reliably in non-ideal conditions, maintaining the same precision as in ideal conditions. Then validating the procedure for a smaller PV generator and under different conditions, two small grid-connected 1.5 kW PV arrays were used. The PV systems in question are located in two different cities in Peru: Chachapoyas (tropical highland) and Lima (coastal desert). The objective of this study in Chachapoyas was to validate the methodology in a tropical climate with a high presence of clouds but at the same time with high irradiance values above 800 W/m2. According to the results obtained, under these conditions, the nominal power of the system can be calculated with reasonable certainty. As a precaution, monitoring for more than one day is recommended to obtain more data (at least 3 hours with high irradiance) to reduce uncertainties. Lima, Peru's second location under study, has a particular climate. Since the capital is located in a desert with high relative humidity values, dust deposition increases and power output decreases due to these conditions. For this purpose, the nominal power was used as a parameter to determine the maintenance schedule. Since keeping the system in optimal performance, considering this in future installations for operation and maintenance costs, is essential. The new procedure developed in this work can be applied to facilitate technical due diligence and quality control processes for PV generators of different sizes and under different operating conditions that are being re-purchased or have been recently installed. The possibility of daily monitoring of the P*M also enables long-term monitoring of a PV generator to ensure the correct operation or identify possible degradation effects / Un aspecto crucial a la hora de evaluar y mantener una instalacion fotovoltaica (FV) conectada a la red es la disponibilidad de modelos que describan su funcionamiento de forma fiable en condiciones reales de funcionamiento. La potencia nominal del generador fotovoltaico (P*M ) se considera un parametro de entrada esencial y se han propuesto varios modelos para estimar P*M para caracterizar el sistema fotovoltaico. En el caso de generadores fotovoltaicos en condiciones exteriores, la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (abreviatura del ingles ASTM), la Comision Electrotecnica Internacional (abreviatura del ingles IEC) y otros han propuesto procedimientos para determinar la P*M del generador. Como parte de estos procedimientos, es obligatorio monitorear los dias con condiciones ideales, en particular los dias con cielo despejado, valores de irradiancia altos y velocidades de viento bajas. Tales restricciones pueden limitar la cantidad de dias de monitoreo adecuados, especialmente en lugares donde se forman nubes con frecuencia. Esta tesis propone un nuevo enfoque que permite estimar la P*M con datos incluso de dias parcialmente nublados no ideales. Basado en estadistica no parametricas, este procedimiento identifica y filtra el ruido, asi como las desviaciones de las condiciones ideales de irradiancia, lo que permite una estimacion de P*M con una precision similar a la de un dia de cielo despejado. Este nuevo procedimiento permite la caracterizacion diaria de un generador fotovoltaico sin el requisito de cumplir con las condiciones ideales, lo que aumenta considerablemente el numero de dias de monitoreo adecuados. Para superar la limitacion en la estimacion de P*M y extender considerablemente el numero de dias de monitoreo, el nuevo procedimiento se puede aplicar a condiciones ideales y no ideales, como dias parcialmente nublados. Este procedimiento determina el valor de potencia nominal mas probable dentro de un dia de monitoreo utilizando estadisticas no parametricas. Para probar el nuevo procedimiento, se monitorizo durante seis meses una planta fotovoltaica de 109,44 kW en Granada, Espana. Primero se aplica un procedimiento referencial reportado en la literatura para grandes plantas fotovoltaicas en condiciones climaticas ideales para estimar su potencia nominal. Los resultados indican que la potencia nominal se puede estimar de forma fiable en condiciones no ideales, manteniendo la misma precision que en condiciones ideales. Luego, para validar el procedimiento para un generador fotovoltaico mas pequeno y en diferentes condiciones, se utilizaron dos pequenos generador fotovoltaicos de 1,5 kW conectados a la red. Los sistemas fotovoltaicos en cuestion estan ubicados en dos ciudades diferentes de Peru: Chachapoyas (altiplano tropical) y Lima (desierto costero). El objetivo de este estudio en Chachapoyas fue validar la metodologia en un clima tropical con alta presencia de nubes pero al mismo tiempo con altos valores de irradiancia por encima de 800 W/m2. De acuerdo con los resultados obtenidos, en estas condiciones se puede calcular con razonable certeza la potencia nominal del sistema. Como precaucion, se recomienda monitorear durante mas de un dia para obtener mas datos (al menos 3 horas con alta irradiacion) para reducir las incertidumbres. Lima, la segunda localidad del Peru bajo estudio, tiene un clima particular. Dado que la capital esta ubicada en un desierto con altos valores de humedad relativa, la deposicion de polvo aumenta y la produccion de energia disminuye debido a estas condiciones. Para ello, se utilizo la potencia nominal como parametro para determinar el programa de mantenimiento. Ya que mantener el VI sistema en un desempeno optimo, considerando esto en futuras instalaciones para costos de operacion y mantenimiento, es fundamental. El nuevo procedimiento desarrollado en este trabajo se puede aplicar para facilitar los procesos de diligencia debida tecnica y control de calidad para generadores fotovoltaicos de diferentes tamaños y en diferentes condiciones de funcionamiento que se están recomprando o que se han instalado recientemente. La posibilidad de monitorear diariamente la P*M también permite monitorear a largo plazo un generador fotovoltaico para asegurar el correcto funcionamiento o identificar posibles efectos de degradación.

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.

La generación de energía eléctrica es sumamente necesaria para el desarrollo socioeconómico de una nación. Se estima que durante los próximos años se continuará con el incremento sostenido de la demanda de energía eléctrica en el país [5] a la par que aumentan las preocupaciones relacionadas a temas ambientales provenientes de la instalación y utilización de la energía. En un contexto de mercado de energía, por razones económicas y de crecimiento poblacional en zonas urbanas, los sistemas de potencia están expuestos a un estrés incremental, resultando en que los sistemas operen cerca de sus límites de estabilidad aumentando el riesgo de apagones [15]. En este contexto la Generación Distribuida utilizando Pequeñas Centrales Hidroeléctricas (PCHs) aparece para contrarrestar el gran impacto ambiental generado por las hidroeléctricas convencionales. Esta alternativa hace factible atender las necesidades de energía eléctrica de pequeños centros urbanos y lugares de difícil acceso, contribuyendo también de esta manera con la descentralización del sistema de generación de energía eléctrica convencional. El presente trabajo consiste en el diseño en el software Matlab de un Generador Distribuido (GD) para suministrar energía eléctrica a una red de distribución. El GD está conformado por: un generador síncrono, un sistema de excitación y una turbina hidráulica y su gobernador. El GD se diseñó operando a la par con una subestación de 138 kV, para suministrar energía eléctrica a una red de distribución de 10 kV alimentando una carga total de 5 MW y 1.4578 MVAR. En la elección del generador se consideró un generador síncrono de polos salientes de una potencia de 6.25 MVA, ya que su uso es adecuado en una PCH. El sistema de excitación usado como base fue el tipo DC1C del estándar de la IEEE para estudios de sistemas de potencia [25], a partir del cual se realizó el control de la tensión terminal o de potencia reactiva del GD. Con el sistema de generación distribuida diseñado, se analizó el comportamiento y el perfil de tensión de la red de distribución, en distintos puntos de operación del GD, en etapas previa y posterior a su desconexión con la red de distribución. Asimismo, se evaluó el desempeño del sistema de excitación en los diversos escenarios ante la desconexión repentina de una carga y se analizó la variación en el perfil de tensión de la red de distribución para esta desconexión. El desarrollo de esta tesis se realizó en el entorno de Matlab y Simulink, usando las librerías Simscape SimPowerSystems que permiten modelar y simular sistemas eléctricos de potencia.

El uso de la energía eléctrica es indispensable en la vida diaria de las personas. Demográficamente, gran parte del sector urbano cuenta con acceso a este servicio; sin embargo, en el sector rural existen grupos humanos que no tienen acceso a este recurso. Dada esta necesidad, se ha ido impulsando el uso tecnologías renovables, entre las cuales la hidroeléctrica se presenta como la más viable, teniendo en cuenta la geografía del país, con la finalidad de facilitar el acceso a este tipo de energía. En el presente trabajo, utilizando el método de la matriz morfológica, se diseñó un sistema generador hidroeléctrico portable que aprovecha el desplazamiento de masas de agua en canales como fuente de energía cinética. Para ello se empleó una turbina hidrocinética, la cual adquiere un movimiento rotatorio al paso del fluido con la finalidad de convertir la energía cinética en mecánica. Asimismo, gracias a un generador de imanes permanentes acoplado al eje de la turbina en movimiento se puede generar electricidad alterna. Luego, esta corriente fue acondicionada para la carga de dispositivos electrónicos mediante un circuito rectificador y un regulador de tensión. Por último, se logró diseñar una máquina de cumple con los requerimientos y exigencias de diseño que garanticen la generación de 10W de potencia eléctrica. Además, se resalta la importancia que significaría el uso de esta máquina en zonas remotas y la implicancia en la calidad de vida de las personas de estas regiones.

La presente tesis ofrece un marco teórico en el que el riesgo precio que enfrentan los generadores de electricidad en el mercado spot está cubierto por 3 instrumentos: una opción call de compra dada por los beneficios de la unidad o planta de generación en el mercado spot; y 2 tipos de contratos forward, uno en el mercado de clientes libres y otro en el de usuarios regulados. Como resultado de este modelo, tanto el nivel del precio spot como su volatilidad inciden positivamente en los beneficios de generadores adversos al riesgo. Posteriormente se estiman los determinantes del precio spot bajo un modelo Markov Switching teniendo en cuenta que el nivel y su volatilidad se rigen bajo 3 regímenes distintos como resultado de una política abrupta de Costos Marginales Idealizados. El impacto de determinantes tales como el precio del petróleo, una variable proxy del estiaje, el precio spot con un rezago y la oferta ajustada de mercado depende de cada régimen. El impacto de determinantes tales como la oferta ajustada fuera de mercado y la declaración del precio del gas natural explican la tendencia decreciente del precio spot. Dado que ya existen instrumentos de cobertura para los generadores, se recomienda evitar distorsiones regulatorias que los afecten.