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ISSN 2344-8012 Depósito Legal:ppi200002LA3953 Revista Científica de la Facultad de Ingeniería
Conocimiento al alcance de la Ingeniería
Venezuela
Supraingeniería
Edición No. 1 Año 2012
2
Autoridades Universitarias Dr. Jorge Benítez Rector
Dr. Pedro Briceño Vicerrector Académico
MSc. Rafael Rubio Vicerrector Administrativo
Lcda. Vanessa Quero Secretaria General
Revista Científica de la Universidad Fermín Toro Correo: supraingenieriauft@gmail.com URL: http://www.uft.edu.ve/ingenieria/
Año: 2012 Junio – Noviembre Barquisimeto – estado Lara Volumen I. No. 1 Periodicidad Semestral
MSc. Rebeca Rivas Ventura Editora en Jefe
Diseño y Maquinización MSc. Rosa Ortiz Redacción y Estilo
La Revista Electrónica Supraingeniería de la Universidad Fermín Toro nace en forma impresa en Noviembre del 2000 y se convierte en Revista Electrónica el 09 de Noviembre de 2011, se publica semestralmente. Es un medio multidisciplinario e interdisciplinario de difusión de la investigación en las áreas de la ingeniería, dirigida a profesionales y estudiantes. Supraingeniería, nacida en el seno de los estudiantes y docentes de ingeniería, tiene como fin es brindar un medio de difusión de la creatividad, innovación y conservación del ambiente.
Calle Principal, Local Comercial Chucho Briceño, S/N, sector Cabudare, estado Lara. Venezuela. Teléfonos: +58 0251-7100137 / +58 02517100163
Supraingeniería
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Editorial
En una época donde el cambio es la constante donde hemos tomado conciencia de las palabras de Albert Einstein “El crecimiento intelectual debe comenzar en el nacimiento y cesar sólo con la muerte”, la Universidad Fermín Toro, empeñada en diferenciarse como una Institución que apoya y promueve el talento de profesores y estudiantes con el fin de ofrecerlo al país y al mundo como muestra que Venezuela es un país para amar y que posee talentos indiscutible en todos los ámbitos, La Facultad de Ingeniería de la Universidad Fermín Toro brinda este medio de difusión para toda la comunidad de ingeniería, con el objetivo de compartir el que hacer de una población importante de docentes y estudiantes que a lo largo de 23 años han aportado al desarrollo de Venezuela y el mundo. Supraingeniería, nacida en el seno de los estudiantes y docentes de ingeniería, cuyo fin es brindar un medio de difusión de la creatividad, innovación y conservación del ambiente, promovidas por las carreras de ingeniería de la Universidad, siendo también un portal a disposición de estudiantes y docentes del país que tengan a bien publicar sus trabajos a través de esta revista electrónica. El porvenir es de cada individuo y esta en sus manos el futuro, y la Facultad de Ingeniería el garante de entregar al mundo ciudadanos profesionales con responsabilidad social y cultura emprendedora, capaces de afrontar retos y dar respuesta a las necesidades del sector productivo y a la comunidad, sabiendo que cada día es una oportunidad de aumentar sus conocimientos y su eterno reto es mantenerse a la vanguardia de los avances tecnológicos, de los cuales han sido, son y serán protagonistas.
Ing. Rebeca Rivas Ventura Editora Supraingeniería
Supraingeniería
4
Ă?ndice
SupraingenierĂa
5
MODELADO DE UNA CALDERA ACUOTUBULAR Soto, F.1 1
Ingeniería, UNEXPO, Venezuela
Correo: ferminjoségarcíasoto@gmail.com
PALABRAS CLAVES Generación, Electricidad, Acuotubular RESUMEN Las calderas son recipientes o sistemas dotados de una fuente de calor, que se emplean para evaporar líquidos. Para generar vapor de agua se utilizan frecuentemente calderas que poseen un depósito denominado tambor. El tambor se encuentra en la parte superior de la caldera, y facilita la separación entre el vapor y la fase líquida. El calor provisto calienta un fluido, generalmente agua, que se transforma en vapor. La energía calorífica puede provenir de la combustión, que es la liberación del calor del combustible. El agua de alimentación fluye a través de los tubos y entra al tambor. El agua en circulación es calentada por los gases de combustión y convertida en vapor. Para el desarrollo del modelo matemático de la caldera, se requieren los parámetros de construcción siguientes: Área de la sección transversa de los tubos de bajada, Volumen de los tubos de ascenso , Coeficiente de fricción viscosa de la circulación natural de agua, adimensional, volumen de vapor en el tambor bajo el supuesto caso que no hay condensación, Volumen total del generador de vapor, Masa total del generador de vapor, Calor especifico del metal, Masa de los tubos de ascenso, Masa de los metales del tambor, Coeficiente empírico de ajuste, volumen de los tubos de bajada, Área de la superficie mojada del domo para el nivel cero. La construcción del modelo se realizó dividiendo el sistema en subsistemas y empleando balances de materia, energía y principios termodinámicos para describir el comportamiento de dicho subsistemas. Esta metodología, permitió la construcción de un modelo de cuarto orden con una estructura triangular que permite el cálculo independiente de cada una de las variables involucradas. Se analizó el modelo de una caldera acuotubular propuesto por Astrom y Bell, se implementó el modelo propuesto por Astrom y Bell, a través de la herramienta Simulink, bajo el ambiente de Matlab, se realizaron simulaciones para verificar el comportamiento de la implementación del modelo, el modelo desarrollado en Matlab de la planta generadora P16-G16 se corresponde al modelo propuesto por Astrom y Bell.
Supraingeniería
6
OBJETIVO
sistema de control predictivo por
Simular el comportamiento del
modelo (MPC),
nivel de agua y la presión de vapor en
Vázquez
y
otros
(2009).
el tambor de una caldera tipo P16-
Laboratorio simulado de generador
G16, empleando el modelo de Astrom
de vapor con domo. Este trabajo
y Bell.
emplea el modelo de Astrom y Bell para
ANTECEDENTES
Dynamics.
Este
trabajo
lineal para calderas de tambor de natural.
El
modelo
describe las complicadas dinámicas del
tambor,
los
bajantes
y
los
componentes de los tubos montantes. Peña
otros
Calderas Las calderas son recipientes o sistemas dotados de una fuente de calor, que se emplean para evaporar líquidos. Para generar vapor de agua se utilizan frecuentemente calderas
(2008).
que poseen un depósito denominado
Modelado de un reactor tipo CSTR
tambor. El tambor se encuentra en la
y evaluación del control predictivo
parte superior de la caldera, y facilita
aplicando
El
la separación entre el vapor y la fase
propósito de este trabajo es el estudio
líquida. El calor provisto calienta un
de
tanque
fluido, generalmente agua, que se
continuamente agitado a partir de su
transforma en vapor. La energía
modelo matemático en variables de
calorífica
espacio de estado. Posteriormente,
combustión, que es la liberación del
se utiliza el modelo no lineal para
calor del combustible. El agua de
realizar unas pruebas de lazo abierto
alimentación fluye a través de los
del sistema y por ultimo se diseña su
tubos y entra al tambor. El agua en
un
y
comportamiento
MARCO TEÓRICO
presenta un modelo dinámico no
circulación
el
dinámico de una caldera de tambor.
Astrom y Bell (2000), Drum Boiler
simular
Matlab-Simulink.
reactor
tipo
puede
provenir
de
la
Supraingeniería
7
circulación es calentada por los gases de combustión y convertida en vapor.
Temperatura de agua en el domo: 342,1ºC. Para el desarrollo del modelo matemático requieren
de
la
algunos
caldera,
se
parámetros
de
construcción de la misma, los cuales se describen a continuación: Adc: Área de la sección transversa de
los
tubos
(“downcomers”),
de
bajada
expresado
en
metros cuadrados [m2] Modelo del Sistema de Generación
Vr: Volumen de los tubos de ascenso
P16-G16
(“risers”),
expresado
en
metros
cúbicos [m3] La planta a ser modelada es la caldera del complejo de generación
K: Coeficiente de fricción viscosa de
P16-G16 de la empresa Sydsvenska
la
Kraft AB, ubicada en la ciudad de
adimensional
Malmo, Suecia. El complejo cuenta
V0SD0: volumen de vapor en el
con
tambor bajo el supuesto caso que no
una
Steinmüller;
caldera
acuotubular
emplea
como
combustible el diesel o gasoil y
circulación
hay
natural
condensación,
de
agua,
expresado
en
metros cúbicos [m3].
cuenta con una capacidad nominal de 160Mw.
Vt: Volumen total del generador de vapor, expresado en metros cúbicos
Potencia Activa: 160 Mw.
[m3].
Flujo de Vapor: 138,9 kg/s.
Mt: Masa total del generador de vapor, expresada en kilogramos [kg].
Supraingeniería
8
Cp:
Calor
especifico
del
metal,
subsistemas.
Esta
metodología,
expresado en joules sobre kilogramos
permitió la construcción de un modelo
gados centígrados [J/kg-ºC].
de cuarto orden con una estructura
Mr: Masa de los tubos de ascenso, expresada en kilogramos [kg].
triangular que permite el cálculo independiente de cada una de las variables involucradas.
Md: Masa de los metales del tambor, expresada en kilogramos [kg].
Las etapas que condujeron a la construcción
del
modelo
pueden
Β: Coeficiente empírico de ajuste.
resumirse de la siguiente manera:
Vdc: Volumen de los tubos de
Balance global de materia y energía.
bajada, expresado en metros cúbicos [m3].
Distribución del vapor en los tubos de ascenso (“risers”) y el tambor
Ad: Área de la superficie mojada del domo para el nivel cero, expresada en metros cuadrados [m2]. El
trabajo
CONSTRUCCIÓN DEL MODELO
propuesto
por
Funcionamiento de la Caldera
Astrom y Bell (2000) presenta un modelo dinámico no-lineal para una caldera de tambor de circulación natural, el cual describe la dinámica complicada del tambor.
dividiendo
de
estudio.
dicho
En
diagrama
bajo se
representan el tambor, un tubo de (“riser”),
un
tubo
de
descenso (“downcomer”), la entrada
subsistemas y empleando balances
del
el
de
suministrado. El calor Q suministrado
termodinámicos comportamiento
para
y
principios
describir de
en
caldera
la salida
energía
sistema
la
de agua de alimentación,
materia,
el
esquemático
ascenso
La construcción del modelo se realizó
La Figura muestra un diagrama
el
dicho
vapor
saturado
al tubo de ascenso
y
calor
produce la
ebullición; el vapor saturado se eleva
Supraingeniería
9
debido
a
su
baja
densidad,
produciendo una recirculación en el lazo tubo de ascenso – tambor - tubo de descenso. El agua de alimentación
En el que las variables de estado son las siguientes:
qf es suministrada al tambor y el
Vwt: volumen total de agua en la
vapor saturado qs sale del tambor.
caldera [m3]
La presencia de vapor bajo el nivel
P: Presión del domo [Mpa]
del líquido produce el fenómeno de expansión
y
contracción
(comportamiento de fase no mínima) lo cual dificulta el control de nivel.
αr: Calidad de vapor. Vsd: Volumen de vapor bajo el nivel del liquido [m3] Representación del Sistema Los coeficientes de la matriz de estado vienen dados por las siguientes expresiones: e11 w s ;
e12 Vwt
e21 w .hw s .hs ;
w Vst s ; p p
h h t e22 Vwt hw w w w Vst hs s s s Vt mt .C p . s ; p p p p p
Representación del Sistema
h h e32 w w r .hc w . 1 v .Vr 1 r .hc s s s v .Vr p p p p
El comportamiento dinámico de la caldera puede ser modelado como un sistema de cuarto orden denotado
por
representación
e11 e12 estado e 21 e22 0 e32 0 e42
la en
siguiente
variables
0 0 Vwt b1 0 0 P b2 . b3 e33 0 r e43 e44 Vsd b4
de
s w s r hc .Vr
v t Vr mr .C p s ; p p
e33 1 r s r . w hc .Vr e42 Vsd
v ; r
s 1 h h t s .Vsd s w .Vwd w Vsd Vwd md .C p . s p hc p p p
r 1 .Vr . v s 1 v w s w v p p p
e43 r 1 s w .Vr
b1 q f qs ;
v ; r
e44 s ;
b2 Q q f .h f qs .hs ; Supraingeniería
10
Representación del Sistema
b3 Q r .hc .qdc ;
b4
s
s
V
sd
Td
0
Vsd
h f hw hc
Los .q f ;
en
Constante empírica :experimental [-] md : Masa del metal del domo [kg]
3
[kg/m ] Densidad específica del agua 3
[kg/m ] : Entalpía específica del agua w [J/kg]
h
qf
: Flujo de agua de alimentación [kg/s]
hs
qs
: Flujo consumo de vapor [kg/s]
: Entalpía específica del vapor [J/kg]
hc hs hw
: Entalpía [J/kg]
: Calor especifico del metal [J/(kg*ºk)]
Vst
: Volumen total de vapor
Vt
[kg/s]
3
[m ] : Volumen
total 3
del
tambor,
“downcomers” [m ] : Masa total del metal t [kg]
m
ts
: Temperatura de saturación del agua [ºC]
v
: Calidad promedio [-]
Vr mr
Q : Potencia entregada por los quemadores [Mw] hs : Entalpía específica del agua de alimentación [J/kg] qdc : Flujo en los tubos de descenso
de condensación
Cp
de
estas
expresiones son los siguientes:
: Densidad específica del vapor
w :
parámetros
vapor
: Volumen de los “risers” 3
[m ] : Masa de los tubos de ascenso [kg]
“risers”
y
Td Vsd 0
: Tiempo de residencia del vapor en el domo [s] : Volumen de no haber condensación [m3]
Entalpía del agua saturada: hw = 864646+65350*P1100*P2 [J/kg]
Temperatura de saturación: ts= 206,054+13.51*P0.3*P2 [ºC
Entalpía del vapor saturado: hs= 28258302030*P-800*P2 [J/kg] Densidad específica del agua saturada: ρw= 85.9418.78*P+0.1*P2 [Kg/m3]
Densidad específica del vapor saturado: ρs= 0.864+4.4*P+0.1*P 2 [Kg/m3]
Figura No. 1 Obtención de parámetros termodinámicos vapor agua saturados
Supraingeniería
11
Para
de
tanto
se
requiere
las
variables
manipuladas como las variables de
Implementación del Modelo de la Planta modelo
simulación,
determinar,
RESULTADOS
El
la
la
proceso o variables de estado y su valor en estado estacionario, este
planta
cálculo es de gran importancia ya que
generadora P16-G16 propuesto por
una pequeña desviación en estos
Astrom (2000), plantea el problema
valores estaciónales producirían una
mediante un sistema de ecuaciones
perturbación
no lineales, dichas ecuaciones están
impedirían su uso para el diseño del
basadas en balances de materia,
controlador.
en
el
modelo
que
energía y principios fundamentales. El modelo se caracteriza por su validez en
un amplio
rango de
Obtención de parámetros termodinámicos vapor-agua saturados
operación, esto se debe a que las
La
obtención
de
los
características termodinámicas de la
parámetros termodinámicos de la
mezcla
mezcla
agua-vapor
(densidad, entalpía
saturado
agua-vapor
saturado
se
entre otros)
realizó mediante una aproximación de
deben ser calculadas para cada
segundo orden para el intervalo de
instante de muestreo en el que se
presión 7.5 a 10.9 Mpa. El cálculo de
evalúa al modelo.
estas aproximaciones cuadráticas se
La
resolución
de
las
ecuaciones no lineales se plantea mediante
una
linealización
del
sistema, este procedimiento permite la solución numérica del problema, estableciendo así un modelo en
realizó
mediante
termodinámicas funciones en
tablas
incluidas
como
Excel (Add In
for
properties of water and steam in SIUnits.). Ver Figura No 1.
tiempo discreto del planta generadora
Cálculo de Estacionario
valores
en
Estado
P16-G16.
Flujo de vapor (qs) = 43 Kg/s.
Supraingeniería
12
Flujo de agua alimentación (qf) = 43
resultados
Kg/s
simulación, con las curvas expuestas
Potencia quemadores (Q) = 85.329 Mw
en
obtenidos
Astrom
de
(2000)
las
la
cuales
representan el comportamiento de la planta.
Volumen de Agua (Vwt) = 32 m3 Presión de vapor (P) = 8.5 Mpa. Calidad de vapor (αr) = 0.0508
Validación en respuesta al incremento en escalón, de 10Mw, en la potencia entregada por los quemadores Presion de Vapor 9
Volumen de vapor (Vsd)= 6.3804 m3 Presion [Mpa]
8.9
Nivel (l) = 0
8.8
8.7
8.6
Flujo downcormers (qdc) = 11905
8.5
Kg/s
8.4 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Tiempo [s]
Calidad de vapor promedio (αv) =
Validación
0.2703
incremento en escalón, de 10Mw, en
Simulación: arreglo en simulink para simulación de la Planta P16-G16
la
en
potencia
respuesta
entregada
al
por
los
quemadores Calidad de Vapor 0.055
Calidad de Vapor [ ]
0.054
0.053
0.052
0.051
0.05 0
20
Validación Validación del Modelo La validación del modelo se basa en la comparación de los
40
60
en
80
100 120 Tiempo [s]
140
160
180
respuesta
200
al
incremento en escalón, de 10Mw, en la
potencia
entregada
por
los
quemadores Supraingeniería
13
Validación
en
respuesta
al
CONCLUSIONES
incremento en escalón, de 10Mw, en la
potencia
entregada
por
los
quemadores
Se analizó el modelo de una caldera acuotubular propuesto por Astrom y Bell. Se
implementó
el
modelo
propuesto por Astrom y Bell, a través de la herramienta Simulink, bajo el ambiente de Matlab. Determinación Referencia 1 1.268 E 9 1.302 E 10 A 4.428E 8 0.05 0 0 3.181E 4 4 4.27 E 2.196 E 5 B 1.186 E 3 0 0 0 1 0 0 C 0 0 0 0
0 1 0 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0 0
Modelo
1.345E 3 2.042 E 4 2.098E 5 5.377 E 3 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
0 0 0 0 0 1 0
realizaron
simulaciones
para verificar el comportamiento de la
2.138 E 4 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 6.798 E 4 0.8514 0 0 0 0 0.09164 19.55 0.9167 0 0 0 0.05279 6.78 0.05 0 0 0 97.75 8072 0 0 0 0 0.2853 3.665 0 0 0 0
0 0 0 1 0 0 0
Se
de
1.976 E 3 6.431E 4 5 6.608 E 0.01126 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 ; D 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 0 0 0 0
implementación del modelo. El
modelo
desarrollado
en
Matlab de la planta generadora P16G16
se
corresponde
al
modelo
propuesto por Astrom y Bell.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 0 0 0 0 0 0 0
Astrom
y
Bell,
Drum
Boiler
Dynamics. (2000) Peña y otros. Modelado de un reactor tipo CSTR y evaluación del control
predictivo
aplicando
Matlab-Simulink. (2008) Vázquez
y
otros.
Laboratorio
simulado de generador de vapor con domo. (2009). Supraingeniería
14
ESTUDIO PARA LA CONVERSION DE TECNOLOGÍA DE ALTA TENSIÓN EN CORRIENTE ALTERNA A TECNOLOGÍA DE ALTA TENSIÓN EN CORRIENTE DIRECTA EN LOS SISTEMAS DE POTENCIA OPERATIVOS
Zecchetti, P1 1Ingeniería Eléctrica, UFT, Venezuela Correo: pierviper@hotmail.com
PALABRAS CLAVES Tecnología ATDC, Convertidor AC/DC/AC RESUMEN El estudio tiene como objetivo analizar la factibilidad técnica y económica de incrementar la capacidad de transporte de energía de los sistemas de potencia que operan en corriente alterna (AC), mediante la conversión de la tecnología de Alta Tensión en Corriente Alterna (ATAC ó HVAC, en inglés) en tecnología de Alta Tensión en Corriente Directa (ATDC ó HVDC, en inglés). Dicho estudio está enmarcado en la modalidad de proyecto factible apoyado en una investigación científica del tipo documental, para cuyos efectos se seleccionaron quince (15) líneas de transmisión en AC típicas, de diferentes configuraciones y niveles de tensión, a las cuales, mediante métodos y modelos validados en el ámbito de la ingeniería eléctrica, se les determinó la máxima potencia transmitible en AC por razones de estabilidad y regulación de voltaje, la cual se comparó con la máxima potencia que pueden transmitir en corriente directa (DC), cuando se intercala en sus extremos sendas estaciones convertidoras AC/DC/AC bipolares típicas. Basado en estructuras de costo total de la energía eléctrica, se hizo un análisis de costos que supone la conversión ATACATDC en comparación con otras dos opciones con tecnologías convencionales, para incrementar el suministro de potencia. Se concluye que la conversión ATACATDC, haciendo muy pocos cambios en la línea en AC, básicamente sustituyendo los aisladores convencionales por los de compuesto de silicona, permite incrementar la capacidad de transporte de energía de la línea convertida, a costos relativamente bajos y en tiempos relativamente cortos,
Supraingeniería
15
INTRODUCCION
A pesar de ser la solución para la
Uno de los grandes problemas de la electricidad es que no puede almacenarse, sino que debe ser transmitida y utilizada en el momento mismo que se genera. Este problema no queda resuelto con el uso de acumuladores o baterías, pues sólo son capaces de conservar cantidades pequeñas de energía y por muy poco tiempo. Conservar la electricidad que producen
las
grandes
plantas
hidroeléctricas y termoeléctricas es
transmisión
energía
y
eléctrica
distribución
de
alrededor
del
mundo, no escapan de la saturación de
ellas
como
transmisoras
de
potencia. Esta debida al incremento acelerado
de
la
demanda
de
potencia, consecuencia del aumento de
poblaciones,
industrias
comercios,
alrededor del mundo. La
misma en las líneas de transmisión también
es
provocada
por
el
envejecimiento y deterioro de las mismas en el paso del tiempo.
un reto para la ciencia y la tecnología. La magnitud de este efecto en Por
este
inconveniente
de
almacenamiento de energía eléctrica, se utilizan las llamadas líneas de transmisión eléctricas, para que en el momento en que se produce la electricidad en las plantas, estas enormes redes de cables tendidos e interconectados a lo largo y ancho del país, se encargan de hacerla llegar, casi instantáneamente, a todos los lugares
de
consumo:
hogares,
fábricas, talleres, comercios, oficinas, etc.
las
líneas
de
transmisión
va
a
depender del tipo de configuración de transmisión y generación que exista en la población. Por ejemplo en países como Estados Unidos que utilizan generación distribuida, este efecto es menor ya que existen mayor
número
de
líneas
de
transmisión de baja robustez, pero diseñadas
para
una
población
especifica, con pequeñas longitudes y siempre con una capacidad muy sobredimensionada con respecto a la carga.
En cambio en países como
Supraingeniería
16
Venezuela se implementan zonas de
La transmisión en ATDC es
gran generación muy alejadas de las
mucho más estable y más controlable
grandes demandas y con un sistema
que en ATAC, pudiendo transmitir
de transmisión de pocas líneas, de
mucha
inmensas longitudes e interconectado
manteniendo una potencia que se
a todas las cargas alrededor del
podría decir independiente de la
territorio. Este sistema hace veinte
distancia que tenga la línea de
años atrás tenia una capacidad hasta
transmisión. Las perturbaciones en la
tres veces la demanda y era unos de
línea son menores y es mucho más
los
más
fácil la inyección de energía eléctrica
Latina,
proveniente de fuentes renovables
sistemas
confiables
de
eléctricos América
situación que en la actualidad no
más
eléctrica
como la energía eólica, solar, etc.
sucede. El incremento exorbitado de
OBJETIVO
la demanda y las pocas inversiones en el sistema eléctrico nacional, trajo
energía
Analizar la factibilidad técnica y
como consecuencia la saturación de
económica
de
varias líneas de transmisión, trayendo
sustancialmente
la
así
e
transmisión de potencia de sistemas
interrupciones en el sistema eléctrico
con tecnología ATAC operativos, en
nacional.
tiempos
diversos
problemas,
fallas
mediante En
alternativa
problemática estudiar
la
actual
a se
factibilidad
esta
pretende técnica
aumentar capacidad
relativamente la
conversión
de
cortos, de
los
mismos a sistemas con tecnología ATDC.
y
económica de implementar el sistema de transmisión de energía eléctrica
Objetivos específicos 1. Estudiar
el
principio
de
en corriente continua ATDC, en las
funcionamiento y el modo de
líneas
ya
operación de los sistemas de
instaladas más afectadas por la
transmisión de energía eléctrica
sobredemanda en el país.
con tecnología ATAC y ATDC.
de
transmisión
ATAC
Supraingeniería
17
2. Comparar transmisión
la
capacidad
de
potencia
de y
la
demanda, países
especialmente menos
calidad de la energía eléctrica
mantiene
transmitida en los sistemas ATAC
crecimiento.
y ATDC. 3. Comparar
la
estabilidad
de
transmisión de energía eléctrica en los sistemas ATAC y ATDC. 4. Analizar la factibilidad técnica y económica de la conversión de sistemas
ATAC
operativos
a
sistemas ATDC.
una
en
los
desarrollados, tendencia
de
Venezuela no escapa a la situación generalizada antes descrita, con el agravante de que la falta de inversión en planes de desarrollo y mantenimiento de los sistemas de potencia, durante la última década, hay causado en el país una crisis en el
sector
eléctrico
de
grandes
proporciones. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA En las últimas décadas se ha producido
en
sistemas de potencia ATDC se han venido instalando en el mundo, para
crecimiento cada vez más acentuado
disminuir la brecha oferta-demanda
de la demanda de energía eléctrica
en el servicio eléctrico, gracias a la
como
gran capacidad de estos sistemas de
de
mundo
los últimos años, más
un
producto
el
En
un
aumento
sostenido de población y del nivel de
transmitir
la calidad de vida de los habitantes
potencia
del planeta. A este crecimiento de las
distancias.
necesidades
energéticas
de
la
población, las administraciones del servicio eléctrico, por lo general, no han podido responder con una oferta que
vaya
disminuyendo
la
insatisfacción de la demanda. Por el contrario,
la
insatisfacción
de
la
grandes eléctrica
cantidades a
muy
de
largas
Ante la urgencia de ofertar mayores
cantidades
de
energía
eléctrica en el menor tiempo posible y a costos razonables, se requieren soluciones rápidas.
efectivas, Sin
eficientes
embargo,
y
construir
Supraingeniería
18
nuevos sistemas de potencia, con sus
ámbito nacional, habida cuenta de lo
respectivas líneas de transmisión de
novedoso del tema. Desde el punto
energía eléctrica, requiere de tiempos
de vista estrictamente académico,
relativamente largos.
esta investigación está enmarcada en
En
tal
sentido,
una
investigación sobre una alternativa que
pudiera
resultar
técnica
económicamente
factible
incrementar
capacidad
la
y
para de
transmisión de potencia, utilizando las líneas de transmisión ya existentes, para ahorrar tiempo y dinero, como la conversión de sistemas de potencia ATAC operativos a sistemas ATDC, puede convertirse en un importante aporte para la solución a la crisis eléctrica nacional. Además, referencia
y
la Línea de Investigación de la Escuela
podrá
servir
consulta
a
que
eléctricos de potencia para asegurar y optimizar el suministro de energía eléctrica al país y al mundo”, ya que el propósito es buscar propuestas para incrementar la capacidad de transmisión
de
los
sistemas
de
potencia en operación; la cual forma parte
conceptualmente
del
Eje
“Diseño, operación y mantenimiento en sistemas de potencia”, que busca
de
su contexto urbano y territorial, al
otros
plantear posibles mejoras del servicio
quieran
tema
relacionado
con
la
conversión
ATAC-ATDC
de
los
de energía eléctrica en todo el país. NATURALEZA DE LA INVESTIGACIÓN
sistemas de transmisión de energía En
Eléctrica
“Diseño y mantenimiento de sistemas
profundizar sobre algunos aspectos
eléctrica.
Ingeniería
y persigue el bienestar del hombre en
investigadores
del
de
tal
sentido,
esta
La presente investigación se puede
definir
como
un
proyecto
investigación pudiera constituirse en
factible apoyado en una investigación
pionera sobre la materia, al menos en
científica con enfoque cuantitativo del
el ámbito de la Universidad Fermín
tipo documental, ya que su objetivo
Toro, y una de las primeras en el
general es analizar la factibilidad Supraingeniería
19
técnica y económica del cambio o
del mundo. Los sistemas ATDC
conversión de la tecnología ATAC a
operativos han dado muy buenos
la tecnología ATDC, en los sistemas
resultados, especialmente en lo que
de transmisión de potencia eléctrica
se refiere a la eficiencia en el
actualmente
la
transporte de la energía y a la
aumentar
estabilidad de dicho transporte, a tal
en
tiempos
punto que, en la actualidad, a la hora
cortos,
sus
operativos,
finalidad
de
sustancialmente relativamente capacidades energía
con
de
eléctrica.
investigación propuesta de
y
transmisión Es
pretende
decir, hacer
de
tomar
decisiones
sobre
la
de
tecnología a utilizar, se debe tomar
la
en cuenta la tecnología ATDC para
una
acción viable para la
los
proyectos
de
transporte
de
energía eléctrica. De hecho existe
resolución de un problema de interés
mucha
nacional, como lo es el
como práctica sobre esta nueva
déficit de
energía eléctrica. Fases de la Investigación
información,
tanto
teórica
tecnología, la cual está disponible en diferentes medios, tanto impresos, audiovisuales y electrónicos.
Fase I: Diagnóstico Sin embargo, sobre cambios de Todos los sistemas de potencia que
tecnología ATAC–ATDC realizados, o
operan en el país, lo hacen con
sobre la posibilidad o factibilidad de
tecnología ATAC, la cual ha sido la
cambiar
tecnología tradicional para transportar
tecnología ATDC en sistemas de
grandes bloques de energía eléctrica
transmisión de potencia operativos,
a grandes distancias. Sin embargo,
no es mucha la experiencia existente
desde hace unas cuantas décadas,
y, por lo tanto, no es mucha la
nuevos sistemas de transmisión de
información
potencia se han venido construyendo
particular. Pese a lo antes expuesto,
y proyectando su construcción con
en
tecnología ATDC, en diversas partes
trabajó con información de sistemas
la
la
tecnología
disponible
presente
ATAC
sobre
investigación
a
el
se
Supraingeniería
20
de
transmisión
operativos,
tanto
de
potencia
Factibilidad operativa. El presente
con
tecnología
proyecto no requiere prácticamente
ATAC como tecnología ATDC, y
de
mediante el procesamiento, análisis e
investigación que lo soporta es de
interpretación
tipo documental.
de
la
información
operatividad,
ya
que
la
registrada, se logró sintetizar una propuesta,
lo
más
generalizada
Factibilidad social
posible, sobre la factibilidad de dicho cambio de tecnología.
trascendencia social, el proyecto es factible, ya que la posibilidad de
Fase II: Factibilidad La
factibilidad
investigación
de
sobre
Desde el punto de vista de la
la la
convertir sistemas de transmisión de presente
conversión
energía
eléctrica
con
tecnología
ATAC en sistemas con tecnología
tecnológica ATAC–ATDC planteada,
ATDC
se basa en los siguientes aspectos:
sustancialmente el actual problema
podrá
disminuir
de déficit de energía que experimenta el
Factibilidad técnica La
investigación
es
técnicamente factible, ya que por
país,
lo
cual
impactará
positivamente en la calidad de vida de la gente.
estar apoyada en una investigación documental,
las
técnicas
y
Factibilidad económica El desarrollo de este proyecto
herramientas que se requieren para el proceso de recopilación, registro, procesamiento,
interpretación,
análisis y síntesis de la información, están disponibles y son manejadas por el investigador.
no requiere de mayor inversión. Por estar apoyado en una investigación documental y debido a la gran facilidad de acceso a la información que
proporcionan
los
medios
electrónicos, este proyecto es factible económicamente.
Supraingeniería
21
Fase III: Diseño del Proyecto
4. Cálculo estimado de potencia
Para lograr el objetivo general de
la
presente
investigación,
se
máxima
permisible
categoría
de
los
para
cada
sistemas
de
transmisión, tanto en ATAC como en
siguieron las siguientes etapas:
ATDC. Se utilizaron modelos de 1.
Recopilación
información
estimación validados y aceptados en
confiable sobre las tecnologías ATAC
el ámbito de la ingeniería eléctrica,
y ATDC. Se hará énfasis en la
que
información relacionada con valores
estabilidad de los sistemas eléctricos
típicos, normas, criterios de diseño y
de potencia.
modelos que permitan comparar las
5. Cálculo estimado de la máxima
capacidades
de
corriente permitida (ampacidad). Se
potencia ATAC y ATDC, estabilidad y
realizó para los conductores de las
calidad de la energía, así como de
líneas de transmisión de los sistemas
costos unitarios de
ATAC
inversión de dichos sistemas.
categoría
2. Procesamiento de la información
transmisión.
recabada. Para un mejor análisis de
6. Determinación de la razón potencia
los datos recabados, y para aplicar
máxima permisible con tecnología
técnicas estadísticas y de regresión
ATDC a potencia máxima permisible
lineal, cuando fue
necesario, los
con tecnología ATAC. La misma se
sistemas de transmisión de potencia
realizó para cada categoría de los
se
categorías,
sistemas de transmisión, de acuerdo
tomando en cuenta el voltaje nominal
a la máxima corriente permitida por
de los mismos en kilovoltios.
los conductores.
3. Elaboración de tablas y/o curvas
7. Análisis comparativo de costos. La
que contienen en forma condensada,
comparación se efectuó entre la
la información procesada.
capacidad de potencia que podría
de
agruparon
de
transmisión
por
toman
en
consideración
operativos, de
los
para sistemas
la
cada de
ganarse con la conversión ATAC– ATDC y esa misma cantidad de Supraingeniería
22
potencia transmitida mediante otro
Cuadro 3. Líneas de Transmisión
sistema
Aéreas Trifásicas Típicas
de
transmisión
con
tecnología ATAC, por cada una de las categorías
de
los
sistemas
de
transmisión. 8. Determinación de la factibilidad técnica y económica de la conversión tecnológica ATAC–ATDC. Realizada para cada categoría de los sistemas de transmisión.
RESULTADOS Líneas de Transmisión Aéreas Trifásicas Típicas
En el Cuadro 3 se pueden observar típicas
líneas que
voltajes,
con
aéreas
operan
a
diferentes
trifásicas diferentes tipos
Calculo de los Valores de los Parámetros Eléctricos de las Líneas
de
conductores ACSR, de uno y dos circuitos trifásicos, de uno, dos, tres y cuatro conductores por fase, con diferentes
espaciamientos
equivalentes típicos entre fases y con separaciones
típicas
conductores de una misma fase.
entre
Se obtuvieron los valores de los parámetros R, XL y XC por unidad de longitud, a 60 Hz y 50 ºC, que son las
condiciones
asumidas
en
este
de
operación
trabajo.
Los
resultados se Muestran en el Cuadro 4, en [_/km], [_/km] y [M_-km], respectivamente.
Supraingeniería
23
Compensaciones reactivas serie y paralelo
Con el objeto de que las líneas de transmisión objeto de estudio se aproximen los más posible a la realidad
operativa,
deben
compensadas
inductiva
capacitivamente.
La
ser y
reactancia
inductiva se compensó de manera tal que el ángulo de desfasaje entre las
Verificación de necesidad de
tensiones en los extremos de las
compensación por razones de
líneas
estabilidad
capacitiva
Debido a que las líneas de transmisión
deben
operar
con
ángulos de desfasaje d < 35º por cuestiones de estabilidad y regulación de voltaje, y ya que para máxima transferencia
de
potencia
δ=β
,
siendo β=tan−1 (XL /R), se procedió a verificar si las líneas típicas objeto de estudio requieren de compensación reactiva. Los resultados demuestran que las líneas objeto del estudio requieren
sea
ser
compensadas
por
razones de estabilidad del sistema de potencia y de regulación de voltaje.
35º se
y
la
reactancia
compensó
para
disminuir las corrientes de fuga a través de la capacitancia distribuida a lo largo de toda línea, pero de tal manera
que
la
impedancia
característica de la línea se mantenga constante.
Cálculo de la Impedancia por Variaciones Súbitas y de la Carga de Impedancia por Variaciones Súbitas
Con los valores de XL y XC compensados
se
calculó
la
impedancia por variaciones súbitas mediante
Zc
=
(L/C)−1/2
_
Supraingeniería
24
(XLXC)−1/2 y con dicho valor se
tomar en cuenta las pérdidas en la
calculó la carga de impedancia por
línea.
variaciones súbitas (CIS) mediante la ecuación (12). Se puede observar
Estimación de la Corriente de la
como la CIS aumenta con el nivel de
Línea.
tensión y con el número de circuitos trifásicos.
A fin de estimar las pérdidas por efecto Joule (IL 2R) en las líneas,
Estimación
de
la
Potencia
Transmisible
por
Razones
de
Estabilidad
De
se calculó la corriente de la línea, para la cual se supuso una carga con un factor de potencia de 0.85 en atraso.
acuerdo
al
método
desarrollado en el marco teórico de este trabajo, se utiliza la Curva de Carga Permisible (figura 20) y se obtienen valores por unidad de la CIS para las diferentes longitudes de las líneas de transmisión, los cuales son: 1.8 para 150 millas, 1.375 para 200 millas, 1.00 para 300 millas, 0.75 para 400 millas, 0.60 para 500 millas y 0.58 para 600 millas. Al aplicar estos valores en la ecuación (57), se obtienen los valores
estimados de
potencia transmisible por razones de estabilidad para diferentes distancias de líneas de transmisión largas, sin
Estimación de las Pérdidas de Potencia por Efecto Joule
Con el valor de la corriente de línea para todos los niveles de tensión y para cada una de las longitudes de transmisión estudiadas, se calculó las pérdidas de potencia por efecto Joule.
Estimación de las Pérdidas de Potencia en los Aisladores
Para determinar el número de estructuras de apoyo se tomó como criterio el establecido por Checa, 2000. En consecuencia, para líneas Supraingeniería
25
con niveles de tensión por debajo de
ponderación de los valores para
345 kV se utilizó un vano de 333
tiempo seco y húmedo.
metros y para líneas de nivel de tensión igual o superior a 345 kV se
Estimación de las Pérdidas por Efecto
asumió un vano de 400 metros, lo
Corona
cual, en el primer caso, arrojó 3 torres por kilómetro y, en el segundo, 2.5
Para estimar las pérdidas por
torres por kilómetro. Debido a que las
efecto corona, se calculó en primer
líneas nunca son totalmente rectas, ni
lugar el voltaje disruptivo crítico, Uc,
atraviesan
mediante la ecuación (33), en la cual
topografías
siempre
se
adicionales
regulares,
requieren
a
las
torres
llamadas
de
se asumió el coeficiente de rugosidad del
conductor,
mc
=
0.85,
el
alineación (de ángulos, de anclaje, de
coeficiente meteorológico, mt = 0,8
fin de línea, especiales), se asume un
(tiempo húmedo) y el factor de
5 % adicional en el número de torres.
corrección de la densidad del aire en
En
de
función de la altura sobre el nivel del
aisladores se siguió el siguiente
correspondiente a una
criterio: una cadena por fase y circuito
altura de 1000 metros sobre el nivel
para líneas de transmisión de niveles
del mar y una temperatura de 50 ºC.
cuanto
a
las
cadenas
de tensión de hasta 115 kV, y para niveles de voltaje de 138 kV en
Estimación de la Potencia Máxima
adelante, se asumieron dos cadenas
Transmisible por Razones de
por fase y circuito. En cuanto al
estabilidad en las Líneas de
número de aisladores por cadena se
Transmisión
tomó la información relacionada con
La
potencia
máxima
el aislamiento típico de líneas de
transmisible tomando en cuenta la
transmisión.
por
estabilidad del sistema de potencia,
conductancia superficial por aislador
se obtuvo estándole las pérdidas por
se
efecto Joule y en los aisladores a la
tomó
4.5
La
[W],
pérdidas
que
es
una
potencia transmisible estimada. En el Supraingeniería
26
Cuadro 13 se agrupan todos los resultados obtenidos.
En las figuras 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36 y 37 se puede observar el comportamiento de la potencia máxima transmisible en líneas de transmisión
aéreas
trifásicas
en
función de la longitud de transmisión. Se puede notar que, para todos los niveles de tensión estudiados, los niveles
de
potencia
máxima
transmisible a 600 millas, unos 960 kilómetros, es del orden de magnitud de 1/3 con respecto al nivel de potencia máxima transmisible a 150 millas, unos 240 kilómetros.
Supraingeniería
27
Estimación de la Potencia Máxima Transmisible en Líneas de Transmisión Aéreas con Tecnología ATDC Centrales Convertidoras AC/DC Típicas
Debido a la naturaleza modular de los convertidores AC/DC y DC/AC, es posible diseñar, a partir de un convertidor
con
características
nominales dadas, otro convertidor con otras características nominales proporcionales a las primeras. En este trabajo de investigación se tomó
Supraingeniería
28
como base un rectificador y su red de
sobre el particular, en todo caso, no
AC a la cual está conectado.
afecta la validez de los rectificadores asumidos, ya que los valores, en
En el Cuadro 15 se muestran
cuanto a la potencia DC de salida de
los valores de ampacidad de los
éstos,
serán
conductores ACSR de las líneas de
mismos.
sustancialmente
los
transmisión ATAC que se estudiaron en el presente estudio.
Con base a los valores de ampacidad de los conductores ACSR de las líneas
de
transmisión
aéreas
trifásicas que se están estudiando, y a la ya mencionada modularidad
Estimación de las Pérdidas en los
constructiva de los rectificadores a
Aisladores
base
de
tiristores,
se
asumirán con
Según Albrecht y otros (2000), los
válvulas conformadas por tiristores de
aisladores de AC estándar no son
3.5 kV de tensión de bloqueo y de
adecuados
corrientes de operación de 530, 1060,
máximo el voltaje permitido en ATDC.
590, 1180, 900, 1800, 2020, 3330 y
Entre
4000 amperios, según se muestra en
aisladores
el Cuadro 16. Las corrientes de
especiales de DC y los de polímeros.
operación
pueden
Si se requiere cambiar de aisladores,
mediante
se escogerán los de polímeros, ya
combinación en paralelo de tiristores
que, por ser más livianos, no afectan
de corrientes nominales diferentes,
la carga mecánica sobre la torre. Al
de tal manera que la elección tomada
trabajar a mayor voltaje entre polos y
rectificadores
conseguirse
construidos
antes
citadas
también
los
para
aprovechar
apropiados, antiniebla
de
al
están
los
CA,
los
Supraingeniería
29
tierra se requieren más aisladores por
530 (A) a través de conductores de
polo. Pero como sólo están activas
una resistencia de 0.190 ohm por
dos fases (dos polos) en vez de tres,
kilómetro y las pérdidas son mayores
las pérdidas en los aisladores son
que la potencia a la salida del
similares a las de las líneas AC.
rectificador.
Estimación de la Máxima Potencia
Comparación entre la Potencia AC
Transferible
Transmitida
y
la
Potencia
DC
Transmitida por la Línea Convertida Los valores de la máxima potencia transferible en sistemas bipolares
En
función
ATDC. Los mismos fueron obtenidos
transmisión
restando las pérdidas por efecto
estudiadas. Se puede observar que la
Joule, las pérdidas en los aisladores y
conversión de tecnología ATAC a
las pérdidas en ambos convertidores,
tecnología ATDC en los sistemas de
a los valores de PdN2.
transmisión permite
de
la
longitud
para
de
las
energía
transportar
de
líneas
eléctrica, mayores
Con respecto a las pérdidas en los
cantidades de energía, sin realizar
convertidores,
otros
mayores cambios en las líneas de
Albrecht
y
que
¨para
las
transmisión, que no sea el cambio de
HVDC,
las
aisladores cuando éstos no sean del
pérdidas tienen valores típicos de
tipo antiniebla. La proporción de la
0.65 a 1.0% por terminal¨. En este
mayor
trabajo se tomó el valor máximo de
depende de la tensión de operación
dicho rango. La tensión AC de 69 kV
de la línea y de la longitud de
y a partir de la longitud de 500 millas
transmisión.
(2000),
indican
terminales
modernas
capacidad
de
transporte
la potencia es negativa. Esto se debe a que ese voltaje no es suficiente para transportar potencia más allá de esa distancia con una corriente de Supraingeniería
30
consiguen capacidades de transporte de energía en ATDC tres veces más grande que la transportada en ATAC.
Incremento Adicional de la Capacidad de
Transporte
de
Energía
con
Cambios en la Configuración de las Líneas Ganancia de Potencia Transmisible con la Conversión de Tecnología
En algunos casos, es posible hacer cambios en la configuración de los
ATAC−ATDC
conductores
y
en
estructurales de Se
logra
ganancia
que
en
la
capacidad de transporte de energía eléctrica transporte
de
los
con
ATAC−ATDC,
sistemas la
con
de
conversión muy
pocas
modificaciones en las líneas aéreas en operación. Dependiendo de la longitud de transmisión, del voltaje de operación AC y del diseño de las centrales convertidoras, se pueden lograr, en algunos casos, hasta siete veces más capacidad de transporte de
energía.
A
niveles
de
extremadamente alta tensión, y a partir de 300 millas, por lo general, se
los
refuerzos
las torres, para
incrementar aún más la capacidad de transporte de energía y reducir las pérdidas de la línea convertida. Con algunos cambios de configuración que se pueden utilizar en el cambio de tecnología ATAC a tecnología bipolar ATDC, Se logra la conversión de una línea de circuito único y dos conductores agrupados por fase que solo podría requerir de cambio de aisladores con la fase central utilizada como neutro metálico permanente, con lo cual pueden eliminarse los costos y el tiempo requeridos para el proyecto
y
construcción
de
un
electrodo de tierra.
Supraingeniería
31
Consideraciones económicas de la conversión ATAC−ATDC
En los países desarrollados, donde el combustible es bastante costoso y predominan las plantas
Estructura de Costos de la Energía
generadoras a base de combustible
Eléctrica
sobre las centrales hidroeléctricas
Según
y
Sheblé
que no utilizan combustible, para el
la
energía
año de 1970 se tenían estructuras de
usuarios
costos, debido al aumento del precio
comprende el costo total de las tres
del petróleo que se produjo en la
categorías
que
década de los años 1980, el impacto
realizan las empresas de electricidad,
tecnológico, y la proliferación de
a saber, generación, trasmisión y
regulaciones
distribución, las cuales, por cierto,
estructura de
coinciden con los tres subsistemas
cambios, y para el año 1990, en los
que
de
países desarrollados, el costo total de
potencia eléctrica. Los autores antes
la energía eléctrica mostraba una
mencionados,
señalan
distribución porcentual tal como se
costo,
su
(2000),
el
eléctrica
Lamont costo
de
cobrado
de
los
operaciones
conforman
a
a
los
sistemas
vez,
que
este puede
ambientales,
la
costos experimentó
muestra en el Cuadro 22.
descomponerse en tres elementos principales: combustible, equipos y salarios. Y agregan que la magnitud relativa
de
estos
tres
diversos
componentes tiende a cambiar con el tiempo, en respuesta a los cambios en factores tecnológicos, económicos y ambientales. A esta lista de factores se puede agregar la especificidad de cada país.
En países como Venezuela, donde el costo del combustible es muy bajo
o está subsidiado por el
Estado y la mayor cantidad de capacidad instalada en generación está en centrales hidroeléctricas que no consumen combustible pero cuyas
Supraingeniería
32
construcciones costosas
son
que
mucho las
más
plantas
cierto, al menos para Venezuela, se considera
válido
el
termoeléctricas, y donde hay una
razonamiento
extensa red de líneas de transmisión
factibilidad
interconectadas ente sí, producto de
conversión
una supremacía de la generación
ATAC−ATDC,
centralizada
generación
incrementos de más del 200% en la
distribuida, se puede aproximar una
capacidad de transporte de la línea a
estructura de costo total para la
convertir en la mayoría de los casos,
energía eléctrica como la que se
llegando hasta incrementos de 600%
muestra en el Cuadro 23.
en algunos de ellos, Sí se quiere
sobre
la
para
siguiente
determinar
económica
de
de
la la
tecnología
que
permite
suministrar a un centro de consumo una cantidad de energía mayor que la entregada por la línea AC, se tienen tres opciones para seleccionar la más económica, a saber: Opción central Factibilidad
Económica
de
la
Conversión ATAC−ATDC
del costo total de la energía eléctrica como el mostrado en el Cuadro 23 y se supone, además, que la capacidad total instalada en el subsistema de conectada
generadora
correspondiente(s)
de
está
Construcción
de y
una su(s)
línea(s)
de
transmisión. Consiste en el suministro
Sí se admite una distribución
generación
A:
al
subsistema de transmisión, es decir, no hay capacidad de generación disponible o de reserva, lo cual es
la
energía
eléctrica
con
la
convencional tecnología ATAC desde un sitio potencialmente apto para la conversión de energía hídrica o eólica en energía eléctrica. Para ello se requiere
la
construcción
de
una
unidad generadora capaz de aportar la cantidad de energía necesaria más las pérdidas que se producen en la longitud
de
transmisión
y
la
Supraingeniería
33
construcción
de
una
línea
de
transmisión para transportarla.
subsistemas para el suministro de la energía requerida: el de generación y el
de
transmisión.
Es
evidente
Opción B: Construcción o instalación
también, que es la
de una planta eléctrica a base de
requiere de más tiempo para su
combustible.
la
implementación. Con respecto a las
construcción o instalación de una
opciones B y C, cabe resaltar, que
planta
aun cuando el costo de construcción
Consiste
generadora
a
en
base
de
o
quiere
energía
generadora a base de combustible
adicional, a fin de evitar la necesidad
sea menor que el costo de instalación
de construcción de una línea de
de dos estaciones convertidoras, lo
transmisión.
cual no es necesariamente cierto; la
la
de
una
que
combustible cercana al sitio donde se suministrar
instalación
opción
planta
opción B supone un gasto bien Opción C: Instalación de sendas
importante
terminales convertidoras AC/DC/AC
combustible durante todo el tiempo
en los extremos de la línea AC
de operación de la planta, costo que
operativa. Consiste en la instalación
no es imputable a la opción C, lo cual
de centrales convertidoras en cada
la hace la opción más económica de
uno de los extremos de la línea AC y,
las tres.
eventualmente,
el
cambio
por
concepto
de
de
aisladores y la modificación de la
Analizándolo de otra manera,
configuración de la línea, sí fuera
las opciones A y B contemplan gastos
necesario.
en la categoría generación, la cual es la que ocasiona la mayor parte del
De las tres opciones, se puede
costo de la energía eléctrica. La
destacar, sin lugar a ninguna duda,
opción B solo contempla gastos en la
que la opción A es la más costosa ya
categoría transmisión, que es donde
que contempla la construcción de dos
se ocasiona la menor parte del costo.
Supraingeniería
34
Asumiendo
una
tasa
de
2000 y 2200 dólares por kW. Este
inflación promedio de 3.5% anual en
costo
los Estados Unidos de América en los
capacidad de 4000 MW, la cantidad
últimos
años
de 2000 dólares/kW x 4000000 kW =
la
8000 millones de dólares Por su
inflación acumulada 1985−2010 en
parte, Albrecht y otros (ob. cit.),
ese país fue de 25 x 3.5% = 87.50%,
señalan que “… de treinta a treinta y
se pueden obtener los costos de las
seis meses sería normalmente un
estaciones convertidoras de 230 kV
plazo adecuado para instalar en su
AC para el año de elaboración de
totalidad un sistema de HVDC” (pág.
este trabajo, multiplicando por 1,875
15-87), para lo cual el proyecto se
se puede obtener el costo para
puede descomponer en tres partes:
estaciones de cualquier otra tensión
Estudios del sistema para definir el
nominal AC.
equipo que se requiere, Construcción
veinticinco
(www.mrtrader.com.ar/?p=2003),
unitario
arroja
para
una
del equipo en fábrica e Instalación en A manera de ejemplo, una
sitio del proyecto de ATDC. Estos
estación AC/DC/AC de 4000 MW
tiempos son generalmente menores
conectada a la salida de una central
que los tiempos que requieren los
generadora de 500 kV AC tiene un
proyectos de la opción A y la opción
costo
35
B, de manera que la conversión
dólares/kW x 4000000 kW x 1.875 x
tecnológica ATAC−ATDC no sólo
1.035
permite incrementar sustancialmente
de
=
aproximadamente
271.6875
millones
de
dólares. Las dos centrales que se
la
requieren
conversión
potencia
un
bajos, sino que también en tiempos
para
ATAC−ATDC
la
tienen
costo
aproximado de unos 543 millones de
capacidad a
de
transporte
costos
de
relativamente
relativamente cortos.
dólares. Según Lamont y Sheblé (2000), los costos de las grandes plantas
generadoras
de
energía
eléctrica oscilan actualmente entre
CONCLUSIONES En virtud de los resultados obtenidos,
sus
implicaciones
e
Supraingeniería
35
inferencias, así como del marco
millas (240 kilómetros), razón por la
teórico que se exploró, se sintetizan
cual quedan excluidas del presente
un conjunto de conclusiones sobre la
estudio.
factibilidad técnica y económica de
concluir que, a esos dos niveles de
aumentar
tensión, los porcentajes de ganancia
tiempos
sustancialmente, relativamente
y
cortos,
en la
en
No
obstante,
capacidad
de
se
puede
transporte
de
capacidad de transporte de potencia
energía que se pueden lograr con el
eléctrica
aéreas
cambio de tecnología ATAC−ATDC,
trifásicas, de longitud larga, que
son los menores de los niveles
operan
estudiados, para longitudes mayores
mediante
de
las
líneas
con
tecnología
la
conversión
ATAC de
la
de 150 millas.
tecnología ATAC a la tecnología
2. Las pérdidas por efecto corona,
ATDC.
que
Sí bien el estudio, con el objeto
se
producen
condiciones
cuando
las
climatológicas
de generalizar lo más posible los
disminuyen la rigidez dieléctrica del
resultados de la investigación, se hizo
aire alrededor de los conductores y
sobre nueve (9) diferentes niveles de
aisladores,
tensión, hay que destacar que no
sistemas ATDC que en los sistemas
todos esos niveles se usan en
ATAC. Si bien las estimaciones de las
Venezuela. Según los seis (6) niveles
pérdidas por
de tensión nominal usados en el
mediante métodos estadísticos y se
Sistema Interconectado Nacional de
expresan en (kW/año), es válido
este
considerar
país,
se
obtuvieron
las
siguientes conclusiones.
son
menores
corona
que
en
se
los
realizan
éstas
son
aproximadamente treinta por ciento (30 %) menores en operación DC que
Conclusiones Preliminares
las que se producen en las líneas de
1. Las líneas de transmisión en AC
AC que operan a 60 Hertz, según se
que operan en Venezuela en los
desprende de la llamada fórmula de
niveles de tensión de 69 kV y 115 kV
Peek.
son de longitudes menores a 150 Supraingeniería
36
3. Para todos los niveles de tensión
caídas de voltaje, lo cual es lo que
estudiados,
sucede en la práctica.
potencia
la
transmisión
eléctrica
con
de
tecnología
5.
La
conversión
de
líneas
de
ATDC permite operar a niveles de
transmisión de AC típicas en el límite
tensión y corriente mayores que los
térmico incrementa la capacidad de
posibles con transmisión ATAC sobre
transporte de energía de tres (3) a
la misma línea, lo cual incrementa la
siete (7) veces la capacidad de
capacidad de trasferencia de energía
transporte AC, siempre que se usen
sobre un determinado derecho de vía.
dos fases como polos de DC y una
4.
de
fase como conductor metálico de
transmisión con tecnología ATAC
retorno. Esta mayor capacidad de
está limitada generalmente a niveles
transmisión de energía eléctrica se
menores
térmico
hace más pronunciada, cuanto mayor
conductores
es el voltaje de operación y la
La
carga
que
de
el
una
límite
(ampacidad) de los que
la
línea
conforman
por
longitud de transmisión. De hecho,
estabilidad,
existe un rango de máxima ganancia
regulación de voltaje y ángulo de
de potencia que está comprendido
desfasaje entre los voltajes de envío
entre 345 kilovoltios y 765 kilovoltios
y recepción de la línea. Este hecho se
y entre 300 millas y 600 millas. Se
aprecia mucho más en las líneas de
destaca que los niveles de tensión de
niveles de tensión por encima de los
345 kilovoltios y 500kilovoltios no son
230
utilizados
consideraciones
kV
de
(extremadamente
alta
en
Venezuela.
En
los
tensión), en las que el diámetro
niveles de 138 kilovoltios y 230
mínimo del conductor se establece
kilovoltios, también en uso en este
usualmente por criterios relacionados
país, el rango de ganancia está entre
con el efecto corona. En cambio, la
tres (3) y más de cuatro (4) veces la
conversión ATDC permite la carga
capacidad de transporte AC, también
controlada de una línea hasta su
entre
límite térmico, siempre y cuando haya
distancias comprendidas entre 150 y
las previsiones del caso para las
300 millas, el incremento en la
las
300
y 600
millas.
A
Supraingeniería
37
capacidad
de
transmisión
de
7. Los aisladores de AC del tipo
potencia, para todos los voltajes, aún
estándar
cuando es sustancial no alcanza los
comportamiento adecuado para la
valores antes indicados, oscilando
contaminación para aprovechar al
entre 1.5 y 3 veces más que la
máximo el voltaje en ATDC permitido
capacidad AC.
por las holguras de límite térmico de
6. Se requieren pocos cambios en las
la
líneas
la
aisladores de polímeros permiten que
operación en ATDC. Pueden usarse
el voltaje de operación DC de fase a
sin cambio las estructuras de las
tierra sea igual o mayor que el voltaje
torres
de AC de línea a línea para el que fue
de
y
AC
para
los
permitir
conductores.
Sin
línea
no
AC,
tienen
sin
un
embargo,
los
embargo, es posible trasferir mayor
diseñada la línea, sin comprometer la
cantidad de energía eléctrica que la
estabilidad mecánica en las torres,
indicada
debido al menor peso de estos
en
el
inciso
anterior,
mediante algunos cambios en los
aisladores,
arreglos
eventuales necesidades de mayores
de
los
conductores
hecho
que
compensa
agrupados por fase y en los refuerzos
cantidades de aisladores por fase. De
estructurales en las torres. Aunque no
hecho, el uso de aisladores de
se haya mencionado en el estudio
polímeros
debe quedar claro, que además de
convertidas debe ser una opción de
los pocos cambios antes indicados, la
obligatoria consideración, cuando las
conversión
supone
líneas de AC no cuentan con ellos.
en
8.
de
obligatoriamente
tecnología cambios
el
Los
en
las
reactores
líneas
a
capacitivos
ser
e
sistema de protecciones, puesta a
inductivos instalados a lo largo del
tierra y apantallamiento, más por el
sistema de transmisión ATAC, con
hecho de los cambios de voltaje y de
fines
corriente que se producen en las
pueden ser recuperados para ser
líneas convertidas, que por el cambio
utilizados en otras aplicaciones o
de tecnología propiamente dicho.
para recuperar parte de la inversión
de
compensación
reactiva,
que se hizo en ellos, ya que no Supraingeniería
38
cumplen las funciones para las cuales
ATAC, con la implementación de
fueron instalados.
enlaces ATDC diseñados, incluso,
9. El costo de la implantación de las
para soportar fallas a uno de sus
centrales convertidoras terminales es
polos.
muchísimo menor que el costo de la
13. Las ventajas económicas de la
línea de transmisión que habría de
mayor capacidad de transferencia de
construirse
energía
para
transportar
la
de
las
ATAC
tecnología
ATDC
energía adicional que se logra con la
convertidas
conversión
resultan a menudo en una pronta
de
la
tecnología
a
líneas
recuperación de los gastos realizados 10. El tiempo para implantar las
en la construcción y puesta en
centrales convertidoras terminales es
servicio de los convertidores iniciales
mucho menor que el tiempo que se
y en las pequeñas modificaciones
requiere para la construcción de una
realizadas en las líneas.
nueva línea de trasmisión. 11.
Con
la
implantación
de
la
Conclusión General
tecnología ATDC en los sistemas de transmisión incrementa capacidad
AC
operativos,
se
sustancialmente
la
de
transferencia
La conversión de la tecnología ATAC,
con
la
que
operan
de
actualmente la gran mayoría de los
potencia, sin necesidad de recurrir a
sistemas de transmisión de energía
la adquisición de nuevo derecho de
eléctrica,
vía, lo cual es una gran ventaja en
mediante la implantación de centrales
estos
Convertidoras terminales y pequeños
tiempos
de
crecientes
en
tecnología
ATDC,
preocupaciones ambientales.
cambios en las líneas de transmisión,
12. Estudios realizados demuestran
es una alternativa factible para lograr
que
los
incrementos de hasta seis veces la
problemas de estabilidad que sufren
capacidad de transporte de energía
los
eléctrica,
se
pueden
sistemas
disminuir
interconectados
nacionales que operan con tecnología
a
costos
relativamente
bajos y en tiempos relativamente Supraingeniería
39
breves, dependiendo del voltaje de
ATDC en la carrera de Ingeniería
operación
Eléctrica, de manera que el egresado
y
de
la
longitud
de
transmisión, produciéndose el rango
de la misma tenga los conocimientos
de
las
fundamentales sobre esta tecnología
tensiones de 345 y 765 kilovoltios y
que empieza a consolidarse como la
las longitudes de transmisión de 300
más adecuada para el transporte de
y 600 millas.
grandes bloques de energía eléctrica
máxima
ganancia
entre
a muy grandes distancias. RECOMENDACIONES
2. Que la Universidad Fermín Toro, por intermedio de la Escuela de
Debido al potencial que tiene la conversión
de
tecnología
Ingeniería Eléctrica, mantenga una línea
de
investigación
ATAC−ATDC para producir grandes
temática
aumentos
tecnología
en
la
capacidad
de
de
la
sobre
conversión
ATAC−ATDC
en
la de los
trasporte de energía eléctrica a largas
sistemas de transmisión de potencia,
distancias
relativamente
de modo que el estudio que se realizó
bajos y en tiempos relativamente
pueda ser profundizado y validado, a
cortos, y siendo que una de las
manera de aporte a la solución de la
causas de la crisis del suministro de
grave
energía eléctrica que experimenta
actualmente el país.
actualmente el país, además del
3. Que la Universidad Fermín Toro, a
déficit de generación de energía, es
través de la Escuela de Ingeniería
el muy bajo nivel de capacidad de
Eléctrica, se convierta en vocero ante
transporte de energía del subsistema
los organismos públicos encargados
de transmisión nacional, se estima
de la administración del servicio
conveniente
eléctrico, del gran potencial existente
a
costos
hacer
las
siguientes
crisis
recomendaciones:
en
la
1. Que la Universidad Fermín Toro
ATAC−ATDC
fomente el estudio de la tecnología
capacidad energía
eléctrica
conversión
de
para
que
tecnológica aumentar
transmisión
eléctrica
en
vive
el
de
la la
Sistema Supraingeniería
40
Eléctrico Nacional, lo cual podría realizar haciéndole llegar a dichos organismos los resultados de esta investigación. 4.
Que
los
organismos
públicos
encargados de la administración de la energía
eléctrica
decidan
por
conversión
ATAC−ATDC
tecnología solucionar
la
en el país se
la
grave
crisis
de para que
incorporación Proyecto Hidroaysen en el Nudo Charrúa Checa, Luís María. (2000). Líneas de Transporte de Energía. Evans, R, D. y Muller, H. N. (1964). Power-System Stability−Basic Elements of theory and Application. (1964). Frau, Joan y Gutierrez, Jordi (2005). Transporte de Energía Eléctrica en Corriente Continua: HVDC. Estado actual y perspectivas.
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Supraingeniería
41
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Supraingeniería
42
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO IMPELEO-MOTRIZ PARA GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA PARA SERVICIOS PÚBLICOS ACCIONADO POR EL TRÁNSITO AUTOMOTOR EN LA CIUDAD DE BARQUISIMETO Arrieche, L.1 1
Ingeniería de Mantenimiento Mecánico, UFT, Venezuela Correo:larrieche@hotmail.com
PALABRAS CLAVE Energía limpia, generación de energía eléctrica y servicios públicos
RESUMEN
Esta investigación se enmarca dentro de la modalidad de Proyecto Ingenio, según el Reglamento de Trabajo de Grado de la UFT, Polo I correspondiente a la promoción de la paz, identificado con el eje III de generación de potencia y enmarcado en la línea de investigación diseño, cálculo y evaluación de sistemas de generación de potencia para mejorar la prestación de servicios que propicien una convivencia armónica El sistema propuesto pretende brindar energía limpia y aprovechable de una manera constante, convirtiendo la energía entregada por el trafico automotor en energía eléctrica útil para ser utilizada en semáforos, luminarias, señales luminosas, entre otros. Adicionalmente se propone el cambio de luminarias de sodio por unas de menor consumo energético, como lo son las de tipo LED.
Supraingeniería
43
INTRODUCCIÓN
hidroeléctricas,
Conforme avanza la tecnología
instalado
además
se
algunas
han
centrales
a nivel mundial, el hombre y la
termoeléctricas,
industria
un
reservas más grandes de gas del
aumento del consumo energético. Así
mundo con las que cuenta el País.
mismo la manera de cubrir esta
Tanto en su generación como en su
necesidad también ha evolucionado,
distribución,
han
experimentado
en el caso industrial, siempre ha
aprovechando
muchas
son
las
las
propuestas y las acciones que se
dependido de fuentes naturales para
implementan para aliviar esta crisis,
motorizar las empresas; primero fue
desde
políticas
el carbón, luego los combustibles
hasta
la
fósiles como el petróleo y gas natural
sistemas de generación con plantas
y más reciente, cronológicamente
termoeléctricas y parques eólicos;
hablando; la energía nuclear, para
Éstos últimos requieren de un tiempo
solventar
considerable para su instalación y
las
electricidad
necesidades
del
hombre
de como
de
instalación
racionamiento de
nuevos
puesta en servicio, mientras que la
consumidor final. Siendo la energía
población debe seguir esperando a
eléctrica suministrada por compañías
que se normalice el servicio. Esta
destinadas para tal fin, generadas,
crisis
bien
venezolano
a
través
hidroeléctricas,
de
centrales
termoeléctricas
y
plantas nucleares, y últimamente por medios tales como eólicos, solares y mareomotrices entre otros.
eléctrica a
ha
obligado
adquirir
al
plantas
eléctricas para solventar al menos sus necesidades más básicas. Ante lo antes planteado, se menciona
a
continuación
una
En Venezuela, actualmente la
propuesta para aportar una pequeña
responsabilidad de la generación de
ayuda a esta situación. Se trata de
energía
recae
un sistema no contaminante, sencillo,
centrales
relativamente económico comparado
principalmente
eléctrica en
Supraingeniería
44
con otros medios de generación
que instalar una caja de ampliación
eléctrica y de fácil instalación, que
de revoluciones para el uso de
utiliza el tráfico vehicular en calles y
alternadores
avenidas más concurridas de la
opción.
ciudad
para
generar
de accionamiento mecánico acoplado un
generador
eléctrico
para
alimentar semáforos y alumbrado público. Esto se logra gracias a que cada vehículo al pasar por encima del dispositivo
retráctil,
movimiento
rotacional
generar a
un
un eje
acoplado a un generador eléctrico. La
energía
aprovechada públicas
obtenida por
cercanas
una
segunda
corriente Dentro de los pasos a seguir
eléctrica, a partir de un mecanismo
a
como
podría
ser
instituciones al
sistema
propuesto, así como también los postes de iluminación de las calles.
para lograr la concepción y puesta en marcha
del
prototipo,
el
más
importante consiste en determinar la eficiencia del mecanismo que le proporciona el movimiento rotacional al
generador,
para
lograr
este
objetivo, es necesario el uso de un software de diseño, como AutoCAD o Inventor entre otros, de esta manera es posible simular el comportamiento de los elementos sin tener que construirlos. Posteriormente se hizo un estudio de elementos finitos para determinar el tipo de material a
Este
propone
utilizar basado en la resistencia de los
aproximadamente 7kW por
materiales. Por último se diseñó el
cada estación de generación. Debido
circuito eléctrico necesario para el
al espacio que ocupa, será posible
mejor aprovechamiento de la energía
instalar de dos a tres estaciones a lo
generada.
generar
proyecto
ancho de cada avenida. Para lograr esto es necesario utilizar generadores de imanes permanentes de bajas revoluciones, de lo contrario habría
La estructura general de este proyecto
consta
de
un
resumen
donde se describe brevemente el problema, seguido por una síntesis
Supraingeniería
45
detallada acerca sobre el desarrollo
se avecina una mejoría a corto plazo.
de la investigación, luego se explica
Esta propuesta tiene como misión
la necesidad del producto a través de
disminuir la carga que supone el
una justificación, posteriormente se
funcionamiento de equipos de uso
expone la descripción del producto en
diario por la colectividad como lo son
dos partes, la primera resalta los
semáforos, señales de tránsito y
antecedentes de la investigación y
alumbrado público.
todo su basamento teórico y la segunda
parte
se
características
explican
del
las
producto.
Finalmente se anexa un cronograma donde se indica en forma metódica y ordenada la manera en que se ejecutara el trabajo de grado en
La
especializados
en
de
software
diseños
de
ingeniería, marca una gran diferencia al momento de hacer este tipo de propuesta;
son
herramientas
poderosas utilizadas por las más grandes
forma cronológica.
utilización
corporaciones
que
van
desde compañías marítimas, hasta JUSTIFICACIÓN
compañías aeroespaciales donde el margen de error es muy mínimo.
Históricamente, Venezuela ha dependido hidroeléctricas
de
las para
centrales atender
la
demanda nacional; se han instalado algunas
centrales
aprovechando
las
termoeléctricas, reservas
También son utilizadas en la genética y prácticamente en todos los ámbitos de la ciencia moderna. Supone una reducción en los tiempos de diseño y en los costos de fabricación.
más
grandes de gas del mundo con las
Dentro de los beneficios que
que cuenta el país. Sin embargo,
resaltan, hay que destacar que es
Venezuela sufre una crisis eléctrica
energía constante donde todas las
sin precedentes. Las interrupciones
personas que hacen uso de las
del servicio eléctrico programadas y
avenidas son beneficiadas, así mismo
no programadas son frecuentes, y no
despierta en el colectivo universitario
Supraingeniería
46
la opción de direccionar sus trabajos
bajas revoluciones se puede generar
de
hasta cinco veces más.
grado
como
soluciones
a
problemas comunes en la sociedad y Un
mejorar la convivencia.
caso
emergente DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO
en
de el
tecnología
ámbito
de
la
generación eléctrica a partir de las bicicletas son los dínamos de buje.
Antecedentes de la Investigación
Estos dínamos situados en lugar del
Tradicionalmente, la obtención
buje tradicional tienen la ventaja de
de energía eléctrica proviene del
tener menos rozamiento y un mayor
aprovechamiento
recursos
potencial energético. Gracias a ello,
naturales como el agua, el gas
actualmente se han convertido ya en
natural, el sol y el viento. En años
una tecnología muy apreciada para
recientes
se
cargar,
energías
alternativas;
de
habla
mucho este
enfocará específicamente
de caso
aquella
mientras
pequeños tales
se
accesorios
como
pedalea, electrónicos
teléfonos
móviles,
que no depende de los recursos
aparatos de MP3, GPS, entre otros.
naturales, se trata de un tipo de
Los dínamos de buje empezaron a
energía eléctrica que se obtiene de la
ser populares a partir del 1940 por
intervención directa del hombre. Este
ser más eficientes que los dínamos
tipo de proyectos no tiene muchas
de botella que perdían eficiencia
variantes, apenas se puede hablar de
debido
dos casos, el primero se refiere al uso
neumático.
de bicicletas, que estando fijadas al piso y con un dínamo instalado en las ruedas
es
electricidad,
capaz
de
inicialmente
generar entre
valores de 50 y 100 vatios, pero conforme se utilizan generadores de
al
rozamiento
con
el
En el segundo caso se cita la iniciativa de una compañía de nombre “Hughes Research” que en vez de bicicletas utiliza la acción de los vehículos. Mediante la colocación de una serie de rampas en las carreteras
Supraingeniería
47
es posible generar energía. Esto es lo
en
que han pensado en la empresa
capacidad de producir entre nueve
inglesa Hughes Research, que ha
(9) y 10 kW. Esta propuesta aún no
generado
llamadas
ha sido masificada, por lo que no se
rampas de carretera electro-cinéticas
tiene cifras concretas que determinen
(Electro-Kinetic Road Ramp), son
su contribución al ahorro energético.
capaces de generar electricidad cada
(Ver figura 1).
la
idea.
Las
términos
generales
tendrá
vez que un vehículo pasa por encima de
ellas.
Dependiendo
del
peso
pueden producir de cinco (5) y 50 kW, por lo que es posible hacer las carreteras autosuficientes, de forma que semáforos, luminarias en postes, señales luminosas, entre otras., se alimenten gracias a este método. La rampa opera a través de una
serie
de
placas
articuladas
colocadas en la vía. Cuando el peso
Fuente:
de los vehículos
http://www.hughesresearch.co.uk/
ejercen presión
sobre éstas. Las rampas se mueven hacia arriba y abajo, por medio de un mecanismo especial;
y al mismo
(2008) Figura 1. Funcionamiento de la Electro-Kinetic Road Ramp
tiempo un generador es impulsado, siendo
éste
capaz
de
producir
corriente bien sea alterna o continua. En cualquier caso, la salida del generador variará en función de la frecuencia y el peso del tráfico, pero
Cabe destacar que el diseño tiene que ver con el efecto de la Ley de
Lenz,
continuación:
que “El
se
explica
sentido
de
a la
corriente inducida sería tal que su flujo se opone a la causa que la
Supraingeniería
48
produce".
proporcional a la rapidez con que
http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Le
cambia el flujo magnético que lo
nz)
atraviesa”
En otras palabras, la Ley de
Lenz plantea
que
las
tensiones
(http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_F
inducidas serán de un sentido tal que
araday)
se opongan a la variación del flujo
mientras mas vehículos pasen por la
magnético
que
rampa
obstante
esta
que
es
una
inducida o suministrada al circuito, de
de
ahí la importancia de colocar este tipo
conservación de la energía., es decir,
de dispositivos en lugares altamente
la energía ni se crea ni se destruye,
transitados. Para sustentar el diseño
sólo se transforma. En consecuencia
en su parte mecánica, referente a la
la
una tensión
resistencia de los materiales, se
inducida es tal, que tiende a producir
utilizará el método de elementos
una corriente, cuyo campo magnético
finitos.
del
polaridad
de
principio
será
la
que
no
ley
mayor
implica
produjo;
consecuencia
las
Lo
corriente
se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original. Para el tipo de propuesta explicada anteriormente, esta resistencia que ofrece el campo magnético es vencida por la acción del vehículo que pasa por encima de
El método de elementos finitos (MEF) permite obtener una solución numérica aproximada un cuerpo,
sobre
estructura
o
dominio
(medio continuo) sobre el que están definidas
ciertas ecuaciones
diferenciales en forma débil o integral
la rampa.
que caracterizan el comportamiento Otra
ley
que
ayuda
a
físico del problema
dividiéndolo en
comprender la utilidad de este tipo de
un número elevado de subdominios
propuesta es la Ley de Faraday que
no-intersectantes
establece que: “la corriente inducida
denominados «elementos finitos». El
en
conjunto de estos elementos finitos
un
circuito
es
directamente
entre
sí;
Supraingeniería
49
forma
una
dominio
conjunto de relaciones entre el valor
también denominada discretización.
de una determinada variable entre los
Como consecuencia de ello, dentro
nodos se puede escribir en forma
de cada elemento se distinguen una
de sistema de ecuaciones lineales (o
serie
linealizadas). La matriz de dicho
de
partición
puntos
del
representativos
llamados “nodos”. Dos nodos son
sistema
adyacentes si pertenecen al mismo
llama matriz de rigidez del sistema. El
elemento finito; además, un nodo
número de ecuaciones de dicho
sobre la frontera de un elemento finito
sistema es proporcional al número de
puede pertenecer a varios elementos.
nodos.
de
ecuaciones
se
El conjunto de nodos considerando sus relaciones de adyacencia se le
Típicamente el análisis de los elementos
denomina “malla”.
finitos
se
programa
computacionalmente para calcular el
una
Los cálculos se realizan sobre
campo
malla
posteriormente,
de
puntos
(llamados
de
desplazamientos a
través
y, de
nodos), que sirven a su vez de base
relaciones cinemáticas y estáticas las
para discretización del dominio en
deformaciones
elementos finitos. La generación de la
respectivamente, cuando se trata de
malla se realiza, usualmente, con
un problema de mecánica de sólidos
programas
llamados
deformables o más generalmente un
generadores de mallas, en una etapa
problema de mecánica de medios
previa
continuos.
a
especiales
los
cálculos
que
se
El
y
tensiones
método
de
los
denomina pre-proceso. De acuerdo
elementos finitos es
con estas relaciones de adyacencia o
debido a su generalidad y a la
conectividad se relaciona el valor de
facilidad de introducir dominios de
un conjunto de variables incógnitas
cálculo complejos (en dos o tres
definidas
y
dimensiones). Además el método es
denominadas grados de libertad. El
fácilmente adaptable a problemas
en
cada
nodo
muy usado
Supraingeniería
50
de transmisión de calor, de mecánica
fabricación del mismo, basado el
de fluidos para calcular campos de
diseño en función de un tiempo mas
velocidades y presiones (mecánica
corto de fabricación y la configuración
de fluidos computacional CFD) o de
mas idónea que permitiera el uso de
campo electromagnético.
la menor cantidad posible de piezas, luego
Dada la imposibilidad práctica de encontrar la solución analítica de estos problemas, con frecuencia en la práctica
ingenieril
numéricos
y
en
los
se
realizó
la
optimización
mediante el uso de un software especializado en el diseño mecánico, como lo es Autodesk Inventor.
métodos
particular,
los
Usando
esta
elementos finitos, se convierten en la
computacional,
única alternativa práctica del cálculo.
ensayos
Una importante propiedad del método
virtual de alta precisión gracias al uso
es la convergencia; sí se consideran
del método de elementos finitos
particiones
finitos
incorporado en el software, la cual
sucesivamente más finas, la solución
subdivide el modelo tridimensional en
numérica
una
de
elementos
calculada
converge
se
herramienta pueden
destructivos
malla
para
de
lograr manera
someterla
a
rápidamente hacia la solución exacta
esfuerzos; la computadora analiza
del sistema de ecuaciones.
cada vértice como un nodo y de esta manera
FASE DE DISEÑO
se
obtienen
los
datos
necesarios para validar el diseño o en
El diseño del prototipo fue llevado a cabo mediante la práctica
su defecto replantearlo. Diseño de la Caja de Resguardo
de la ingeniería inversa, comenzando con la construcción del prototipo, y
La caja de resguardo es la
luego optimizándolo a partir de los
parte más robusta del prototipo, por
datos experimentales. Se determinó
ser la que soporta junto con la rampa
la
una fracción del peso del vehículo.
forma
más
conveniente
de
Supraingeniería
51
Para esta investigación se tomó en cuenta
un
peso
promedio
del
Seguidamente se configuró la
vehículo de 4 toneladas (camionetas,
carga a la que estará sometida la
pick up). Así mismo, se le asignó un
caja,
cuarto (1/4) del peso del vehículo a
Dieciocho (18) partes iguales, cada
cada neumático. Para el estudio
vector fuerza tiene las siguientes
estático se consideró el caso de que
características: (Ver cuadro 2)
aplicando una fuerza
en
el vehículo se estacione justo encima de la rampa, para determinar los esfuerzos permisibles de la caja, a continuación
se
muestra
las
Cuadro 2. Carga Aplicada a la Caja de Resguardo Tipo de carga
Fuerza
Magnitud
555,550 N
Vector X
0,000 N
propiedades del material asignado
Vector Y
0,000 N
con ayuda del software Autodesk
Vector Z
-555,550 N
Inventor en su versión 2012, esta configuración
es
determinar
con
necesaria
para
certeza
el
Fuente: Arrieche, L. (2012)
comportamiento del mismo cuando es sometido a fuerzas externas. Ver cuadro 1, Las propiedades químicas del material se muestran en el anexo 27. Cuadro 1. Propiedades Físicas del Ultraleno. Año 2012
Fuente: Arrieche, L. (2012)
Figura 9. Carga Aplicada a la Caja de Resguardo Cada rueda ejerce una fuerza de 1000 kg sobre la caja, lo que el software interpreta como una carga Fuente: Arrieche, L. (2012)
Supraingeniería
52
distribuida sobre las paredes de ocho
el software de la siguiente manera:
(8)
(Ver cuadro 3).
milímetros
de
espesor
de
ultraleno, (Ver figura 9), con los soportes instalados y fijados con
Desplazamiento
tornillos de acero AISI 1040 de media
El análisis de elementos finitos
pulgada (1/2”) de diámetro exterior, y
determinó que para la carga aplicada
paso 13 hilos por pulgadas. Los
el
resultados
medida
obtenidos
son
los
siguientes:
desplazamiento
deformación
en mm de la caja estará
entre los valores 0 y 2.3 mm máximo de desplazamiento, (Ver cuadro 3).
Tensión de Von Mises La tensión de Von Mises es un escalar proporcional a la energía de
Cuadro 3. Escala de Valores de Tensión y Desplazamiento en la Caja de Resguardo ÍTEM
deformación
o
elástica,
por
MÍNIMO
MÁXIMO
las
propiedades del material, el software
Volumen
11 002 200 mm^3
estipula dos escalas, una numérica
Masa
25,9543 kg
que en este caso va de 0 a 12 503
Tensión de Von
0,0000427588
12 503,1
MPa como valores de los esfuerzos
Mises
MPa
MPa
que pueden deformar elásticamente
Desplazamiento
0 mm
2,34665
al material. Mientras que la otra es una escala cromática que se vincula a los valores antes mencionados de
mm Factor de
0,00165319 ul
15 ul
Seguridad
Fuente: Arrieche, L. (2012)
la siguiente manera, el color azul, indica que el material no se deforma o se deforma muy poco, y el color
Factor de Seguridad
valores
El factor de seguridad como
permisibles del material, están por
indicador del diseño, muestra si se ha
debajo de los valores de trabajo el
sobre diseñado un elemento, o si por
sumario de esta operación la muestra
el contrario es necesario reforzar el
rojo,
indica
que
los
Supraingeniería
53
mismo.
El
resultado
del
estudio
mostró un valor de 15 según la escala
iniciar el estudio correspondiente. (Ver anexo 14).
cromática. Diseño de los Resortes Diseño de Tornillos
Los resortes utilizados en el
La caja de resguardo depende
prototipo son de compresión, debido
mucho de las uniones atornilladas,
a que su función mas importante es la
principalmente
usar
de retornar la rampa a su posición
polietileno sólo se puede asegurar la
inicial para mantener el equipo listo
estabilidad del prototipo de esta
para sucesivas activaciones, para
manera,
esto
cada
porque
al
soporte
atornillado
es
necesario
vencer
la
cuenta con un tornillo, una arandela
resistencia que ofrece el generador,
de presión y una tuerca de acero
la caja de ampliación de velocidades,
1040,
el
al
realizar
la
simulación
mecanismo
biela-corredera-
computarizada arrojó los siguientes
manivela y finalmente la rampa, todo
datos:
esto junto suma aproximadamente 25 kg, por lo que se usaran dos resortes
Análisis del Esfuerzo Cortante en los Tornillos
con capacidad cada uno de 15 kg de carga segura.
Debido al tipo de carga al que está sometida la caja y los soportes,
Análisis del Comportamiento de los Resortes.
los tornillos solo fallarían por esfuerzo cortante. Por ello, se configuró el software
para
que
muestre
el
En primer lugar se especifica la configuración
geométrica
de
los
uniones
resortes, ver cuadro 4 y anexo 15,
atornilladas y la fuerza medida en
seguidamente el material a utilizar.
newton que el tornillo soporta antes
(Ver cuadro 5), y finalmente las
de fallar. (Ver anexo 13); Así mismo,
cargas a aplicar, ver cuadro 6 y el
comportamiento
de
las
se selecciona el tipo de material, para
Supraingeniería
54
paso y sentido de la hélice. (Ver cuadro 7).
Carga
Cuadro 4. Dimensiones de los Resortes Longitud del
L0
154,000 mm
resorte suelto Diámetro del
Cuadro 6. Carga Aplicada a los Resortes
2,000 mm
Paso del resorte
t
5,000 mm
Diámetro externo
D1
14,500 mm
Diámetro medio
D
12,500 mm
Diámetro interno
D2
10,500 mm
alambre
17,860 N
F8
149,751
Mínima Carga Máxima Carga de
d
F1
Trabajo
N F
146,117 N
Fuente: Arrieche, L. (2012)
Cuadro 7.Paso y Sentido de la Fuente: Arrieche, L. (2012)
Hélice Numero de
Cuadro 5. Material Seleccionado para los Resortes
29,900 ul
espirales (n)
Acero al carbón clase A Esfuerzo ultimo
σult
2 500,000 MPa
τA
1 250,000 MPa
torsión
Fuente: Arrieche, L. (2012) Una vez insertados los datos
admisible Módulo de
Derecho
espiral
a la tensión Esfuerzo de
Sentido de la
G
elasticidad de
80
500,000
MPa
de los resortes, es necesario incluir en el análisis un factor de corrección en el cálculo de los esfuerzos,
cizallamiento
seleccionamos el factor de corrección
Densidad
ρ
7 850 kg/m^3
Factor de
us
0,900 ul
de Bergstrasser, que es utilizado para
utilización del
someter los resortes a altos ciclos de
material
cargas, y se evalúa el esfuerzo según
Fuente: Arrieche, L. (2012)
la curvatura del alambre. Así mismo también se considera condiciones de trabajo para que los resortes sean
Supraingeniería
55
evaluados bajo un criterio de vida
año
2002,
infinita, tal como sucede con los
(http://www.slideshare.net/ricardocub
resortes de las válvulas en los
eros/clculo-de-tarifas-elctricas-
vehículos , que en sus condiciones de
venezuela), el alumbrado público esta
trabajo normal, son sometidos a
dentro de la tarifa tipo 10 cuyo monto
millones de ciclos, los resultados
mensual es calculado a un valor de
pueden verse en el cuadro 8.
0.097 B / kW-h con una capacidad de distribución de 7 kW/h y utilizando
Cuadro 8. Resultados del Diseño de los Resortes
treinta (30) luminarias de 200 W de consumo y 24 horas de trabajo, el costo mensual es: Costo
=
Consumo
Luminarias*0,097
de
Bs/kW-h*30
Días*Horas de uso. Costo Mensual = 200*30]*0.097*30*24 = Bs 419.040 Costo Anual = 419.040 *12 = Bs 5028.480 Costo Mensual para Luminarias de Fuente: Arrieche, L. (2012)
1200W = [1200*30]*0.097*30*24 Costo Mensual 1200w
Cálculo del Rendimiento Eléctrico Según Ministerio
de
Gaceta la
Oficial
del
Producción,
del
Comercio y de Energía y Minas del
Bs 2514.240
Costo Anual 1200w = Bs 30170.880 El
costo
calculado
para
luminarias de LED, representa en realidad un ahorro, ya que la energía
Supraingeniería
56
proviene del prototipo y no de la red
mecánicos así como también los
eléctrica nacional.
resultados obtenidos en las pruebas.
Resultados de las pruebas
En el cuadro 10 se muestra el procedimiento
Por las características de sus componentes internos, el prototipo fue evaluado en dos etapas, la primera de ellas contempló pruebas aisladas
de
los
componentes
mecánicos y eléctricos presentes en el prototipo, y la segunda etapa evaluó el desempeño del conjunto
evaluación eléctricos
de así
a
seguir los
como
para
la
componentes también
los
resultados obtenidos en las pruebas. Una
vez que
se
comprueba
la
funcionabilidad de los componentes, se ensamblo el prototipo para medir el rendimiento del mismo, en el cuadro 11 se muestran las variables
ensamblado. En el cuadro 9 se muestra el procedimiento evaluación
de
a
seguir los
para
la
componentes
Cuadro 9. Pruebas de Componentes Mecánicos Prototipo
los del
Fuente: Arrieche, L. (2012) Supraingeniería
57
evaluadas así como también los resultados obtenidos en las pruebas.
La experiencia obtenida en la parte
experimental
del
Cuadro 11. Pruebas al Prototipo Ensamblado
Fuente: Arrieche, L. (2012)
proyecto,
proporcionó información valiosa para diseñar un prototipo
acorde
con
exigencias de trabajo mas acorde con la realidad, como se pudo observar en el apartado de la Fase de Diseño de
esta
investigación
resultados
se
y
cuyos
mencionan
continuación.
a
Cuadro 10. Pruebas de los Componentes Eléctricos del Prototipo
Fuente: Arrieche, L. (2012)
Supraingeniería
58
Resultados del Diseño Mecánico
atornilladas por cada lado por lo que es suficiente para soportar un
El estudio computarizado de la caja
de
resguardo
mostró
los
siguientes resultados:
vehículo de cuatro toneladas, ya que soporta solo un cuarto de este peso.
a) El cálculo del esfuerzo a la tensión
e) La
caja
de
ampliación
de Von Mises, mostró que la caja
velocidades,
de
(8)
empuje de la rampa un promedio
cumple
de 400 RPM, velocidad suficiente
con las condiciones de trabajo
para que el generador cumpla con
para soportar un vehículo de
las condiciones de trabajo.
ultraleno
de
ocho
milímetros de espesor
generó
por
de cada
f) El sistema de retorno de la rampa
cuatro (4) toneladas. desplazamiento
funcionó con éxito, permitiendo
medido en milímetros para la
que la rampa se coloque en
carga
posición de trabajo nuevamente
b) El
cálculo
del
aplicada
mostró
ser
suficiente para soportar vehículos
una vez que sea accionado. g) Por las dimensiones de la caja de
de cuatro (4) toneladas. c) El factor de seguridad calculado
resguardo, la caja de ampliación
por el software mostró tener una
no aprovecha completamente la
magnitud de 15, por lo que es
carrera
suficiente para las condiciones de
corredera-manivela.
carga planteada; lo que también implica
que
está
del
sistema
biela-
h) Los resultados de los resortes corresponden a un estudio del comportamiento de los mismos a
sobredimensionada. d) El análisis de esfuerzo cortante en
una prueba de diez mil (10000)
las uniones atornilladas, mostró
ciclos, dando como resultado, que
resistir una fuerza de hasta 1030
los resortes tienen una velocidad
N (100 kg) por unión. La caja
crítica de 64 km/h.
presenta
ocho
(8)
uniones
Supraingeniería
59
Resultados del Rendimiento Eléctrico
energizar una serie de postes de alumbrado con una sola estación de generación.
a) Las
pruebas
realizadas
al
prototipo demostraron que por cada empuje es capaz de enviar una
pequeña
cargar
al
d) El inversor una vez conectado a la batería
pudo
energizar
sin
problemas la luminaria LED
acumulador; el cual requiere un voltaje en corriente directa de al menos
14
voltios.
Los
datos
medidos a la salida del rectificador mostraron valores entre 18 y 20 voltios en el accionamiento.
e) Los cálculos mostraron un ahorro del 83% al utilizar luminarias tipo LED
en
comparación
con
luminarias de sodio, utilizando como fuente el prototipo planteado
b) Al retorno de la rampa a su
En
términos
generales,
el
posición inicial, las mediciones
prototipo mostró ser funcional en los
realizadas
valor
aspectos más importantes, como lo
promedio de 14,3 voltios por lo
son a nivel de mecanismo y a nivel
que tanto accionando como en el
eléctrico, sin embargo presenta un
retorno el generador es capaz de
nivel de ruido
enviar cargas a la batería.
altos decibeles de ser accionado por
mostraron
un
que puede llegar a
un vehículo a lata velocidad, las c) Se probó una luminaria del tipo
consideraciones
pertinentes
a
LED (Light Emitting Diode: 'diodo
corregir esta situación se harán en las
emisor de luz'), residencial para
recomendaciones
postes
de seis (6) metros de
altura, con una carga de 30 watts. Conectando demostrando
ésta que
al es
inversor, posible
Supraingeniería
60
Análisis Financiero
Cuadro 12. Costo de Materiales
Costo de Inversión La construcción del prototipo tiene
como
finalidad
principal
demostrar el funcionamiento y la factibilidad de incorporarlo a la vida diaria
de
los
ciudadanos
como
alternativa para la generación de
Fuente: Arrieche, L. (2012)
energía eléctrica; Sin embargo, cabe destacar que algunos materiales y accesorios
utilizados
para
Cuadro 13. Costo de Fabricación
la
construcción del prototipo, no son aptos para utilizarlos en caso de una producción en serie. Dado el hecho que
el
demostrar
prototipo el
solo
pretende
principio
de
Fuente: Arrieche, L. (2012)
funcionamiento del impeleo-motriz. Es por ello que los costos indicados en el cuadro 1 muestran la inversión
Cuadro 14. Carga Fabril Estimada para una Producción de Treinta (30) Unidades por Mes
necesaria para la puesta en marcha de la propuesta, indicando los costos reales por unidad
Fuente: Arrieche, L. (2012)
Supraingeniería
61
Cuadro 15. Costo Total por Unidad Descripción
CONCLUSIONES
Cantidad (Bs.)
1. El prototipo con la configuración
Costo de Materiales
49970
geométrica actual demostró estar
Costo de Fabricación
3830
sobre diseñado para vehículos de
Carga Fabril
501.33
Total
54301.33
Fuente: Arrieche, L. (2012)
4
toneladas,
no
mostró
deformación alguna; por lo que se puede
inferir
que
soporte
vehículos mucho más pesados que el planteado. Análisis de Modos y Efectos de
2. El factor de seguridad de 15, es
Falla (AMEF)
reflejo de un sobre diseño, si se evalúa una carga constante de
Se elaboró un análisis de modos y efectos de falla, basado en las pruebas experimentales aplicadas al
prototipo,
las
consideraciones
técnicas para su elaboración estan sustentadas en el apartado teórico de esta investigación. Los detalles del análisis una vez elaborados,
se
acordó la elaboración de los formatos de la norma COVENIN3049-93,
el
formato M-01 hasta el M-08, así como también los formatos M-14 y M-18 para
facilitar
la
gestión
mantenimiento al prototipo.
del
1000 kg por cada neumático. 3. El estudio de uniones atornilladas dió como resultado que cada tornillo puede soportar una fuerza de trabajo (Fv) de 1030 N o 100 kg. En caso de aumentar la carga sobre la caja, será necesario utilizar
tornillos
de
mayor
resistencia y no de acero AISI 1040. 4. El
generador
de
imanes
permanentes demostró ser una opción viable, genera 40 amperios a 450 RPM cuando la rotación es constante. El prototipo a pesar de que sólo aprovecha un cuarto
Supraingeniería
62
(1/4)
de
vuelta
reductora
logra
de
la
caja
Cuadro 16
cargar
las
Vida Útil
baterías. 5. El sistema de amortiguación y retorno de la rampa demostró que puede regresarla a la posición de trabajo
nuevamente;
con
dos
resortes de 30 lb de carga cada Fuente: Arrieche, L. (2012)
uno. 6. Una estación de generación con
9. El costo total del prototipo se
un generador de 7000 W y seis (6)
estimó en cincuenta y cuatro mil
luminaria tipo LED puede sustituir
(54000) Bolívares, el costo para
a
mantener
una
(1)
luminaria
de
las
30
luminarias
de
utilizadas actualmente en postes
bombillos de sodio es de treinta
de 12 m de altura. Consumiendo
mil
la misma carga.
Bolívares anuales. Esto indica que
ciento
setenta
(30170)
7. Según el sistema propuesto con
un (1) año y ocho(8) meses, se
7000 W es posible alimentar 30
recupera la inversión por cada
postes con luminarias LED de 200
sistema impeleo-motriz instalado.
W dando un ahorro al sistema eléctrico de 28 kW por cada
8. En el cuadro 13 se muestra un de
económica interpretación
la
del del
tarifa
de
consumo
para
alumbrado publico, no ha sido
estación de generación.
resumen
10. La
factibilidad
prototipo.
La
mismo,
se
actualizada desde el 2002, habría que calcular el valor real de acuerdo a la inflación acumulada hasta la fecha.
encuentra en el punto 9 de éstas conclusiones
Supraingeniería
63
Para
ver
el
funcionamiento
del Funcionamiento de la Electro-Kinetic Road Ramp. [Documento en línea] Disponible: http://www.hughesresearch.co.uk/ [Consulta: 2011, Diciembre 04]
prototipo visitar: http://youtu.be/WNHWwgRzqsc
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Avallone, E y Bausmeister, T. (1997). Manual del Ingeniero Mecánico. 8va edición. McGraw-Hill. México
Shigley, J y Michke, C. (2005). Diseño de Ingeniería Mecánica. 6ta edición. McGraw-Hill. Méjico.
Manual
de
Normas
para
la
Presentación del Trabajo de Grado (2000). Manual de Normas para la Presentación del Trabajo de Grado. Facultad de Ingeniería. Universidad Fermín Toro. Cabudare (Venezuela).
REFERENCIAS ELECTRÓNICAS
Batería de Ciclo Profundo. [Página web en línea] Disponible en http://www.cmelectronica.com.ar/notic ias/baterias-de-ciclo-profundo-nota1.html [Consulta: 2012, Enero 20]
Tipos de Resorte. [Página web en línea]Disponible en: http://www.colresortes.com/html/tipos _de_resorte.html [Consulta: 2012, Enero 10] Cálculo de Tarifas Eléctricas en Venezuela. [Pagina web en línea] Disponible en: http://www.slideshare.net/.../clculo-detarifas-elctricas-venezuela [consulta: 2012, agosto 8] Análisis de Modos y Efectos de Falla (AMEF). [Pagina web en línea] Disponible en: http://icicm.com/files/AMEFa.doc [Consulta: 2012, Julio 30] Luminarias para interiores. [Pagina web en línea] Disponible en: http://www.edutecne.utn.edu.ar/eliiluminacion/cap05.pdf [Consulta: 2012, Agosto 17] Energía de propulsión humana en bicicleta. [Pagina web en línea]. Disponible en: http://www.terra.org/energia-depropulsion-humana-en-bicicleta_23
Supraingeniería
64
FUNDAMENTACION DEL CONGRESO IBEROAMERICANO DE ENSEÑANZA DE LA INGENIERÍA Herrera, M.1 1
Núcleo de Decanos de Ingeniería, Venezuela mherrera@fing.luz.edu.ve
PALABRAS CLAVES Enseñanza- Congreso- Ingeniería RESUMEN El Núcleo de Decanos de Ingeniería, como órgano asesor del Consejo Nacional de Universidades, cumple un rol fundamental en lo relacionado con la evaluación de las propuestas de creación de nuevas carreras de Ingeniería, que se presentan ante el organismo competente, por parte de las diferentes universidades, públicas o privadas del país. Esta actividad de arbitraje, ha permitido enriquecer las nuevas propuestas presentadas a su consideración, a través de los informes presentados por las comisiones de expertos. En sus actividades han surgido proyectos como el del Aseguramiento de la calidad en la enseñanza de la Ingeniería, la afiliación a organizaciones internacionales como es el caso de la Asociación Iberoamericana de Instituciones de Enseñanza de la Ingeniería (ASIBEI), IFEES, LACCEI, entre otras. La idea de hacer visible ante la comunidad de investigadores nacionales e internacionales los productos de las investigaciones que se adelantan en cuanto a la enseñanza de la ingeniería se refiere (en proyecto) y la apertura de un espacio para que nuestra comunidad de investigadores intercambie experiencias a través de lo que se ha denominado como Congreso Iberoamericano de Enseñanza de la Ingeniería. Sobre la base de una encuesta aplicada a los participantes en cada una de las actividades organizadas (foros, seminarios, ponencias, conferencias, etc.) y con ya tres versiones exitosa del evento el Núcleo de Decanos de Venezuela; se incorpora en el año 2010 este evento como agenda permanente con una periodicidad bianual que recorrerá el territorio nacional a través de Comité Organizadores integrados por los Decanos de Ingeniería de la Universidades de la Región o Estado que obtenga la sede del mismo.
Supraingeniería
65
INTRODUCCIÓN
Asociación
Iberoamericana
de
Instituciones de Enseñanza de la El Núcleo de Decanos de
Ingeniería (ASIBEI), IFEES, LACCEI,
Ingeniería, como órgano asesor del
entre otras. La idea de hacer visible
Consejo Nacional de Universidades,
ante la comunidad de investigadores
cumple un rol fundamental en lo
nacionales
relacionado con la evaluación de las
productos de las investigaciones que
propuestas de creación de nuevas
se
carreras
se
enseñanza de la ingeniería se refiere
organismo
(en proyecto) y la apertura de un
de
presentan
Ingeniería, ante
competente,
el
por
que
parte
de
las
e
internacionales
adelantan
en
cuanto
a
los
la
espacio para que nuestra comunidad
diferentes universidades, públicas o
de
investigadores
intercambie
privadas del país. De allí que hayan
experiencias a través de lo que se ha
surgido nuevos proyectos, nuevas
denominado
ideas que orientan el único propósito
Venezolano de Enseñanza de La
del Núcleo de Decanos de Ingeniería,
Ingeniería.
como
Congreso
el cual es la contribución a la formación de un profesional de la
Surge entonces, luego de un
Ingeniería de calidad, consustanciado
estudio de factibilidad elaborado por
con
también
la universidades del Zulia, Rafael
comprometido con la sociedad en la
Urdaneta, Rafael Belloso Chacín y
que
Alonso de Ojeda, el I Congreso
el
le
ambiente,
pero
corresponde
ejercer
su
actividad profesional.
Venezolano de Enseñanza de la Ingeniería; como una espacio para
De estas experiencias, han surgido
proyectos
como
el
del
que
los
investigadores
de
las
diferentes universidades nacionales
Aseguramiento de la calidad en la
intercambien
enseñanza
la
mismas, evento a realizarse en la
organizaciones
ciudad de Maracaibo, los días XX al
afiliación
de a
la
Ingeniería,
internacionales como es el caso de la
XX
de
el
junio
producto
de
2006
de
en
las
las
Supraingeniería
66
instalaciones de la Casa del Profesor
Venezolano de Enseñanza de la
Universitario de la Universidad del
Ingeniería ya que al perderse la
Zulia.
continuidad, se pierde la vigencia del mismo. Posteriormente, el Núcleo de
Decanos de Ingeniería, decide que el
Sólo
fue
posible
obtener
en
la
evento se realizaría cada dos años y
búsqueda
las sedes, así como los comités
relativa a las conclusiones del I y del
organizadores, serían rotadas para
III
abarcar la geografía del país.
Enseñanza
Congreso de
información
Venezolano la
Ingeniería,
de la
Arquitectura y profesiones afines, destacándose como las de mayor ANTECEDENTES
relevancia:
Se realizó una investigación que
permitiese
indagar
sobre
iniciativas anteriores de la misma naturaleza.
Al
respecto,
en
I
Congreso
Enseñanza
Venezolano de
la
de
Ingeniería,
Arquitectura y profesiones afines
la
búsqueda realizada se pudo verificar
Se
que en los años de 1975, 1977 y
objetivos
1980, se realizó en las ciudades de
nacional a corto, mediano y largo
Caracas, Valencia y San Cristóbal
plazo. Definir las tecnologías a utilizar
respectivamente,
un evento con
para el logro de estos objetivos, así
Sin embargo, en
como las necesidades de recursos
búsqueda con respecto a los años
humanos. De igual forma, se planteó
posteriores,
la
similar nombre.
no
se
evidenció
la
requiere
determinar
y metas del
desarrollo
necesidad
de
orientar
al
continuidad del mismo; razón por la
estudiantado en todos los niveles
que
oportuno
educativos hacia carreras acordes
renombrar el evento y reiniciar su
con los lineamientos del desarrollo
designación
del país. Elaborar un estudio sobre
consideramos
como
I
Congreso
Supraingeniería
67
las necesidades profesionales en las
formación de profesores, planes de
especialidades que agrupa el Colegio
estudio y métodos de enseñanza.
de Ingenieros de Venezuela (CIV), así como crear un centro de registro
Con respecto al II Congreso no
que permita mantener información
fue posible
actualizada
relacionada con sus memorias.
sobre
los
recursos
encontrar información
humanos que agrupa el CIV. JUSTIFICACIÓN III
Congreso
Enseñanza
Venezolano
de
la
de
Ingeniería,
Arquitectura y profesiones afines
De acuerdo a lo establecido en la Gaceta Oficial No. 37.716 de fecha
Se observa un gran cúmulo de
20 de junio de 2003, se crea, según
necesidades de la sociedad cuya
resolución No. 16, capítulo II, los
satisfacción está íntimamente ligada
Núcleos de Decanos de las diferentes
al uso de tecnologías y al desarrollo
disciplinas del conocimiento. También
de
se crean en la misma resolución; los
una
capacidad
autónoma
de
ingeniería. También se consideró que
Núcleos
existía la necesidad de elaborar un
Académicos,
estudio
Coordinadores
a
profundidad
sobre
el
de
Vicerrectores Administrativos, o
Directores
de
rendimiento estudiantil y de vincular
Investigación, Postgrado, Extensión,
los
entre otros.
planes
de
necesidades
estudio
a
las
socioeconómicas
nacionales. Consideró este evento
Dentro de las atribuciones de
que la ingeniería es una profesión
los Núcleos de Decanos se encuentra
orientada a satisfacer necesidades y
la de conocer y opinar en relación a
a resolver problemas, por lo que las
los proyectos para la creación de
instituciones de enseñanza de la
nuevas carreras de ingeniería, que
ingeniería
diferenciarse
les sean remitidos por el Secretariado
claramente de las Ciencias en cuanto
Permanente del Consejo Nacional de
a
Universidades y propuestos por las
sus
deben
propósitos,
egresados,
Supraingeniería
68
Universidades públicas o privadas del
revista
virtual,
país.
productividad
para
exhibir
de
la
nuestros
investigadores en lo que a enseñanza Sin embargo, y en aras de contribuir
a
la
formación
de la ingeniería se refiere.
de
profesionales de calidad, que den respuesta
satisfactoria
a
OBJETIVOS
las
demandas de la sociedad en general,
Ofrecer
espacio
discusión
nuevos
de
información para los investigadores
comisiones de trabajo designadas del
en el área de la enseñanza de la
seno del Núcleo. Es así, como surge
ingeniería.
en
principio
el
a
través
Proyecto
intercambio
de
se ha visto la necesidad de plantear proyectos
e
un
de
sobre
Aseguramiento de la Calidad en la Enseñanza
de
la
Ingeniería.
ALCANCES
Posteriormente, y con el propósito de brindar un espacio de intercambio y
Este proyecto está orientado a
discusión, se da inicio a un evento de
la enseñanza de la ingeniería, en
carácter
universidades públicas y privadas.
académico
denominado
Congreso Venezolano de Enseñanza de la Ingeniería, ya que y salvo lo
Eventos realizados
reseñado en los antecedentes, todos los eventos nacionales orientados al
Todos los eventos organizados
área de la Ingeniería; sólo dirigen sus
a la fecha han seguido, en mayor o
esfuerzos a discutir los avances
menor
desde el punto de vista técnico
metodología de trabajo. Los trabajos
profesional.
para ser presentados en forma oral o por
Más recientemente, el Núcleo estudia la posibilidad de crear una
proporción,
carteles,
arbitrados
y
son
la
misma
previamente
reseñados
en
las
Memorias del Evento. De igual forma, Supraingeniería
69
cada
uno
de
estos
Congresos
El currículo de ingeniería debe
durante su desarrollo hace uso de
tener
conferencistas
predominantemente crítica, para lo
nacionales
e
internacionales, talleres de trabajo, foros,
charlas
exposiciones,
entre
otras
La educación ha de concebirse como una actividad formadora de ingenieros
participantes
en
los
eventos lo hacen bajo las figuras de:
con
conciencia
crítica
competentes para interpretar, actuar y transformar su entorno. El modelo curricular debe ser
asistentes, ponentes, conferencistas,
iterativo
foristas, facilitadores.
tendencia
cual:
magistrales,
modalidades.
Los
una
y estar
centrado en la
praxis, vale decir, orientado a la I
Congreso
Venezolano
de
acción
mediante
la
reflexión
y
Enseñanza de la Ingeniería.
describir el propósito que caracteriza
Fecha: 17 al 19 de junio de 2006.
a cada profesión como marco de
Organizadores: LUZ, URU, UNEFM,
referencia. Se segmenta en Tres
URBE y UAO
niveles:
Lugar: Maracaibo, Casa del Profesor
Profesional, a cada uno de los cuales
Universitario de LUZ, Venezuela
les
Temática:
contenidos curriculares, expresados
El currículo en ingeniería
en
El ingeniero Iberoamericano
habilidades, actitudes y valores, y un
El estudiante de Ingeniería
proyecto integrador.
Enseñanza e innovación El docente de ingeniería
Básico,
corresponde
términos
Intermedio
un
de
conjunto
y
de
conocimientos,
Los valores explicitados en el diseño
curricular
deben
ser
consensuados y promovidos por cada Conclusiones del evento
institución.
Área 1: el Currículo en Ingeniería Supraingeniería
70
La estructura curricular, debe ser
flexible;
es,
tener
venezolanas
sin
las
menoscabo de las individualidades
prelaciones y asignaturas obligatorias
propias de cada una de ellas, para
estrictamente
garantizar la calidad, la pertinencia y
amplia
esto
universidades
necesarias
gama
de
y
una
asignaturas
coherencia del título que se otorgue.
optativas.
Se
Los objetivos deben orientarse
sugiere
clasificar
competencias con base a
a la formación de profesionales con
elementos
clásicos
competencias
educativas
y
competencia:
el
profesionales,
entendidas
éstas
habilidad
y
los tres de
la
conocimiento,
la
actitud,
las
a
la
saber:
como la integración de un conjunto de
Instrumentales:
conocimientos, habilidades, actitudes
basadas en el conocimiento de las
y valores que intervienen en el
cosas. Sistémicas: basadas en el
desempeño reflexivo, responsable y
desarrollo
eficiente de tareas; expresadas en
cognoscitivas.
términos de lo que se debe conocer,
referidas
lo que se debe hacer y lo que se
actitudinal.
debe ser.
de
habilidades Interpersonales:
al
comportamiento
El Núcleo de Decanos adoptó
Se debe seguir trabajando con miras a
competencias
la consecución de una
las
siguientes
competencias
genéricas
para
metodología de diseño de planes de
ingenieros:
-
estudio de Educación Superior a
procesos y
partir de competencias básicas y
construir
genéricas
estructuras y equipos, así gestionar
para
la
formación
de
ingenieros en Venezuela Además,
normalizar
la
formación
Diseñar
de
sistemas,
productos; planificar, y
mantener
obras,
procesos, recursos y resultados. los
Los
conocimientos
parámetros fundamentales de los
integrarse
planes de estudio de ingeniería en las
transversalmente
interdisciplinaria en
deben y
ciencias,
Supraingeniería
71
comunicación, estructuras, procesos, materiales, arte, estética, y otros. La viabilidad
El currículo debe prever el desarrollo de proyectos en atención a
del currículo
crítico debe expresarse en términos
necesidades sociales y de desarrollo humano.
de ambientes humanos y físicos
Los parámetros para evaluar el
adecuados para la participación y la
currículo deben ser: el impacto del
generación de consenso. Así, se
currículo sobre el conocimiento, la
debe garantizar la existencia de
tecnología y el desempeño de los
laboratorios dotados con espacios
egresados, así como la participación
propicios,
equipos y materiales de
de los actores del currículo, vale
vanguardia así como la dotación de
decir, de los alumnos, docentes,
materiales
egresados y demás miembros de la
interactivos
para
laboratorios y bibliotecas.
institución en actividades científico-
También se deben constituir las
Comisiones
Curriculares
con
personal formado en diseño curricular
técnicas, académicas, recreacionales, y
la
proyección
que
tenga
la
universidad en la sociedad.
y evaluación curricular. Éste sería
La evaluación del currículo
responsable de realizar investigación
debe ser continua y realizada por sus
permanente
actores con miras a lograr una
sobre
los
currículos
emergentes, además de realizar las
retroalimentación
permanente
que
validaciones internas y externas a los
permita el logro de la independencia y
diseños vigentes. La participación de
autonomía de pensamiento y acción.
estas comisiones en La Comisión Nacional
del
Currículum
es
fundamental, puesto que las reformas educativas deben estar a la par de las exigencias académicas actuales en las universidades.
Así currículo
mismo, de
homologar
ingeniería
a
el
nivel
Internacional. A su vez se observa el debilitamiento
de
las
profesiones
tradicionales y la aparición de nuevos
Supraingeniería
72
espacios
de
actuación
de
los
ingenieros. Este escenario requiere
cuando en la realidad no se valoran las opiniones de los pares.
de nuevas propuestas curriculares, producto
de
procesos
de
des-
aprendizaje y re-aprendizaje. Para que el cambio curricular se materialice, se recomienda: Articular el ámbito pedagógico con el administrativo. Para lo cual no se debe depositar excesiva confianza en la racionalidad pedagógica para vertebrar cambios bajo la creencia implícita
en
subordinar
su
capacidad
a
las
racionalidades
de
La gestión no debe sustituir a la
política
universitaria,
sino
complementarse en la búsqueda de contribuir a orientar la vida colectiva. Para sostener la idea de que un currículo no se puede planificar sólo por competencias y atribuir a éstas todo el alcance de una carrera. Es necesaria la articulación del conocimiento
académico
diversas
operacional,
políticas,
epistemología
y
mediante orientada
el una
hacia
el
administrativas, laborales, sindicales,
mundo de la vida en la cual se
actuantes en la institución.
proponga un conocimiento reflexivo.
De esta forma, se considera la
Asumir un cambio de este tipo
dimensión cultural para entender los
implica
comportamientos de los docentes
ingeniería
ante iniciativas de cambio.
críticamente a sí mismas. Deberán
Este debe ser epistemológico y no circunscribirse al
discurso y la
retórica. El nuevo vocabulario no debe ser un mero adorno. No simular el mismo, es decir, evitar
trabajar
en
colaboración
que
las
facultades
deberán
de
investigarse
conocer sus propias contradicciones, su propia estructura de intereses, el proceso histórico de sus grupos, y aprender de ello, para así definir qué acciones emprender. Esto ocurrirá en tanto que los actores del currículo se reconozcan sujetos de cambio y contribuyan
a
crear
una
nueva
Supraingeniería
73
identidad en la que las instituciones
Identificar
necesidades
asuman su rol en la sociedad con
significativas, crear y proponer
proyectos propios.
soluciones
Para homologar el
validar
promover el compromiso político en
y de todos los actores del proceso, y viabilizar
la
programas
acreditación de
estudio
Universidades
de
los
de
las
Nacionales
definidos
acreditación
de
Ciencias
e
las
para carreras
Ingeniería
a
aquellos
tratados internacionales requieren sin
la
con
la
desigualdad,
la
Poseer una formación científica,
principios de vida, comunicación y diversidad
y
productivamente
manejar la
tecnología,
con sentido ético, científico y
el intercambio de los
y
técnica y humanística, apoyado en
Programa Columbus, entre otros, lo
que
bienestar
opresión, la falta de ética.
Comité de Evaluación de Francia,
profesionales
vida,
relacionados
injusticia,
EE.UU., el CEAB en Canadá, el
servicios
de
confort de las personas y también
internacional; tales como la ABET de
cual, permitiría
las
Atender los problemas sociales
calidad
la
nivel
propósitos,
referidos al mejoramiento de la
e
de
los
prácticas y su impacto.
iberoamericanas nivelados con los estándares
argumentos
sólidos, producto de su reflexión,
currículo,
las instancias de toma de decisiones
con
solidario.
que ello signifique la homogenización total.
El ingeniero con conciencia de formación
continua
permanecer
vinculado
debe a
la
universidad. Área 2. El Ingeniero Iberoamericano: Para que el ingeniero sea El debe
ingeniero
tener
libertad
transformador intelectual,
autonomía e independencia, para ello debe:
transformador, se recomienda: No
solamente
comportamiento egresado
de
contemplar competente las
carreras
el del de
Supraingeniería
74
ingeniería a través de la adquisición
Ser consciente de que el proceso
de un conjunto de conocimientos
de aprendizaje es un proyecto de
generales y específicos, y el ejercicio
vida.
de las funciones principales y básicas
propias del ingeniero, sino además su
Conformar
Grupos
de
Egresados-Universidad
el
propósito de mantener una base de datos
con
información
desarrollar impliquen
útil
investigaciones el
contacto
conciencia
de
la
Poseer
los
conocimientos
indispensables para trabajar en la búsqueda de soluciones a los
que
problemas actuales y prevenir la
los
aparición de otros nuevos.
egresados de las diferentes carreras, gremios profesionales y empleadores.
Desarrollar
ambiente
para
con
equipos
necesidad de preservar el medio
Enlace con
en
interdisciplinarios.
desarrollo personal y social.
Trabajar
Para
que
ingeniería Vincular las Comisiones Curriculares
el
estudiante
sea
crítico,
de se
recomienda:
con los egresados para incorporarlos como
verdaderos
actores
del
currículo.
Propiciar y establecer procesos de interacción
e
integración
estudiante
con
el
del
quehacer
Área 3: El Estudiante de Ingeniería
industrial, la vida social y cultural
del país.
El
estudiante
crítico
está
comprometido con su proceso de
Brindar
a
los
estudiantes
aprendizaje para lo cual debe:
experiencias
Ser participativo, cuestionador de
orientadas a su formación como
sí
profesionales, como personas y
mismo
y
de
su
entorno,
constructivo y reflexivo.
educativas
como ciudadanos.
Comprometido con la acción. Área 5: El Docente en Ingeniería
Supraingeniería
75
El docente crítico debe ejercer
una praxis que implique:
y
que
de naturaleza teórica y práctica en asignatura
que
renovarlos
dicta,
y
el
estudio,
articulación
y
compartida
con
recomienda:
proyectar
fiabilidad
y
tener
capacidad de respuesta a los
una
de
su
la
responsabilidad los
agentes
praxis
crítica,
se
Proveer condiciones ambientales
manejable
crítico
practicar
la
propicias, tales como: número
estudiantes. Ser
sobre
Para que el docente pueda
la
manera
seguridad,
y
ejercer
pueda
indeseados
sociedad,
investigación y la extensión. De que
genuinamente
empleadores del medio laboral.
constantemente
mediante
son
efectos
Poseer conocimientos profundos
la
prácticas
educativas, pues aquellas tienen
reflexionar
críticamente.
las
competitivas y corporativas, de las
Permitir el consenso, cuestionar, interrogar
Distinguir
quehacer
de
estudiantes,
recursos de vanguardia, salones
docente, sobre la base de su
acondicionados, etc.
actuación, sus resultados y las teorías
pedagógicas
que
sustenten su accionar. Tener empatía con los alumnos.
Manejar las tecnologías de la
a
y
tecnologías
las
áreas
de
ingeniería.
investigación a
nuevos
conocimientos. Para lo cual es menester proveer los
Generar conocimientos y aplicar
pertinentes
la
conducente
comunicación y la información.
metodologías
Crear políticas institucionales que estimulen
Tener la capacidad de trabajar en
recursos
necesarios:
disponibilidad
presupuestaria,
tiempo
dedicación,
dotación
de de
laboratorios y centros, acceso a Internet, suscripción a revistas
equipos multidisciplinarios. Supraingeniería
76
profesionales y científicas, entre
otros.
que la permanencia y el ascenso
Reformular
las
políticas
en el
de
dependan
de mejorar su praxis, no de
académica del docente, y no sólo
manera punitiva, sino formativa.
en función de un trabajo único y
Implementar la figura del “Mentor”
del tiempo transcurrido entre una
como soporte y apoyo de los
categoría y otra.
Activar
de
la
la
productividad
figura
de
Silla
su proceso de inserción a la labor
Profesoral, entendida ésta como
docente
el intercambio de personal entre la
en
la
facultad
de
empresa y la universidad.
Ingeniería. Rediseñar
los
cursos
perfeccionamiento docente,
de
promuevan
del
Establecer redes de comunicación entre las distintas facultades de
personal
manera el
de
ingeniería
que
del
país
y
de
formación
del
Iberoamérica.
desarrollo
simultáneo de la docencia y la
escalafón universitario
supervisión del docente con el fin
profesores principiantes durante
Se deben generar normas para
Promover
la
investigación.
docente en el área de currículo y
Establecer un mínimo del 70% del
de integración.
personal docente en la dedicación
Proveer
órganos
de
difusión
y
docente
tiempo completo y/o dedicación
científica,
exclusiva quienes deben realizar
accesibles a los usuarios.
trabajos
de
extensión
e
técnica
Se recomienda a los docentes ser
investigación. El restante 30% de
optimistas
los docentes serán aquellos que
posibilidad de generar cambios.
en
cuanto
a
la
se desempeñen simultáneamente en el campo laboral y en el académico
en
Consideraciones finales
aquellas
asignaturas específicas de cada ingeniería del área profesional.
Un denominador común en todas las áreas temáticas es la
Supraingeniería
77
necesidad de introducir un cambio en
Formación de docentes para enseñar
el currículo de ingeniería de las
y evaluar por Competencias.
universidades venezolanas.
Movilidad estudiantil y acreditación de
No hubo reflexión con relación al perfil del ingeniero iberoamericano. Probablemente esto obedezca a que todavía en Venezuela los problemas del
quehacer
absorben
la
pedagógico atención
de
local los
investigadores del currículo y no han permitido la reflexión que amerita el contexto iberoamericano, por lo cual se recomienda seguir organizando
carreras. Nuevas prácticas educativas en la enseñanza de Ingeniería. El Aprendizaje Activo – Active Learning – en la enseñanza de ingeniería. Formación de Ingenieros en cuatro años. Salidas intermedias y certificación por Competencias.
eventos de esta naturaleza, que
III Congreso Venezolano de
fomenten la reflexión sobre esta
Enseñanza de la Ingeniería
temática. Fecha: 26 al 30 de Octubre de 2010 II Congreso Venezolano de Enseñanza de la Ingeniería
Fecha: 27 al 31 de Octubre de 2008 Organizadores: UCV, USM, UNIMET, USB. Lugar:
Caracas,
Anfiteatro
Universidad Central de Venezuela, Venezuela Temática: Uso de las TICs en la enseñanza de Ingeniería
Organizadores: ULA. Lugar: Merida , Universidad de Los Andes, Venezuela Temática: Uso de las TICs en la enseñanza de Ingeniería. Acreditación de Carreras de Ingeniería.
CONCLUSIONES Las
conclusiones
de
los
eventos se estructuraron sobre la
Supraingeniería
78
base de una encuesta pasada a los
Lugar: Barquisimeto, Lara Flor de
participantes en cada una de las
Venezuela
actividades
organizadas
(foros,
seminarios, ponencias, conferencias, etc.), y las memorias se encuentran en formato electrónico en la página del Núcleo de Decanos de Venezuela http://ndi.unet.edu.ve/index.php?optio
Temática:
n=com_frontpage&Itemid=1
Herramientas Tecnológicas para la Enseñanza de la Ingeniería.
El Comité Organizador de cada jornada entregando el producto de estos resultados, propone y aprueba en el año 2012;
incorporar El
Acreditación Ingeniería.
de
Carreras
Tecnologías emergentes, Energías Alternativas (Generación y Distribución).
Congreso como actividad bianual del
Conservación del Cambios Climáticos.
Núcleo de Decanos de Ingeniería de
Innovación y Creatividad.
Venezuela,
al
determinar
de
Ambiente
y
su
relevancia, pertinencia, y fortalezas.
Objetivos:
Los resultados obtenidos permitieron
1. Promover la reflexión sobre las
proponer los correctivos necesarios
herramientas tecnológicas para la
para el mejor desarrollo de futuras
enseñanza de la Ingeniería.
ediciones del Congreso. VI Congreso Iberoamericano de Enseñanza de la Ingeniería XXXII Reunión del Comité Ejecutivo de ASIBEI Fecha: 20 al 24 de Mayo de 2013 Organizadores: UFT, UCLA, UNEXP, UNY.
2. Consensuar sobre la Acreditación de Carreras de Ingeniería. 3. Organizar espacios de reflexión para el desarrollo de energías alternativas 4. Organizar espacios de reflexión para el desarrollo de tecnología emergentes
Supraingeniería
79
5. Promover la reflexión sobre los cambios
climáticos
y
la
Conservación del Ambiente. 6. Generar retroalimentación entre el sector productivo y de servicio con el académico en referencia a la innovación y la integración del conocimiento en ingeniería.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Núcleo de Decanos de Ingeniería. “Contenidos Básicos Indispensables para los Planes de Estudio de Ingeniería de Venezuela. CNU-OPSU. 2007. Núcleo de Decanos de Ingeniería, Actas de Reuniones Anuales, disponible en http://ndi.unet.edu.ve/index.php?optio n=com_frontpage&Itemid=1
Supraingeniería
80
APORTE DE LA UNIVERSIDAD FERMÍN TORO (UFT) PARA SOLUCIONAR LA CRISIS ELÉCTRICA NACIONAL
discusión, análisis y reflexión sobre un tema que no podía ser más actual: la grave crisis eléctrica que atraviesa
Conclusiones y recomendaciones de las IV Jornadas de Ingeniería Eléctrica de la UFT “ELEKTRA 2011” Zecchetti, Birzi, P.1 1
Ingeniería Eléctrica, UFT, Venezuela
Correo:p.zecchetti.b@hotmail.com
nuestro país, de tal manera que las conclusiones
y
recomendaciones,
que de dichas jornadas resultaren, fueran consideradas como el aporte de nuestra Escuela, de nuestra Casa de Estudios, a la solución de tal problemática.
Dichas jornadas reunieron a
INTRODUCCIÓN
catorce (14) ingenieros electricistas y Bajo ideas
para
el
“Aportando
slogan solucionar
la
crisis
eléctrica”, los pasados 02, 03 y 04 de noviembre de 2011, se realizaron en los Salones de Usos Múltiples A, B, C y D del Edificio de Ingeniería 2 de la sede Cabudare, Estado Lara, de la Universidad Fermín Toro (UFT), las IV Jornadas de Ingeniería Eléctrica de
dicha
Casa
de
Estudios.
“ELEKTRA 2011”, mismas que fueron organizadas
por
la
Escuela
de
Ingeniería Eléctrica, con una temática enmarcada
en
el
slogan
antes
mencionado, el objetivo del evento anual fue
el de
académicos
para
crear espacios la
divulgación,
un (1) licenciado en computación de reconocidas universidades del país, tales como Universidad de los Andes (ULA), Universidad Simón Bolívar (USB),
Universidad
Experimental
Politécnica Antonio José de SucreBarquisimeto (UNEXPO) y la propia Universidad Fermín Toro (UFT), y de importantes empresas fabricantes de equipos eléctricos y electrónicos y prestadoras de servicios en el área, tales
como
MASTER
CIRCUITO,
Generación de Tecnología, C. A. (GENTE),
BTicino
CACEI-ARTECHE
de y
Venezuela, Electrotecnia
Industrial. Los participantes mediante ponencias
esbozaron
a
más
de
Supraingeniería
81
trescientos
(300)
estudiantes
y
CONCLUSIONES
docentes de ingeniería eléctrica de las diversas universidades de la
1. La
actual crisis eléctrica
que
localidad; sus ideas y experiencias,
experimenta el país se resume
desarrollos
como un problema de consumo de
e
investigaciones
relacionadas
con
técnicas,
energía eléctrica insatisfecho por
tecnologías,
sistemas
equipos,
la limitada oferta de generación de
tanto en las fases de generación,
dicha energía. Actualmente existe
transmisión, distribución y usuario,
en el país una capacidad de
cuyas
generación
y
implementaciones
podrían
instalada
de
contribuir a solucionar la actual crisis
aproximadamente 25 Gigavatios
eléctrica venezolana.
(GW), pero sólo disponibles unos 18 GW, es decir, el 72%, mientras
Las
ponencias
mencionadas, intervenciones
así de
antes
que el consumo diario máximo
las
está por el orden de los 17 GW, lo
asistentes,
que representa el 94.44% de la
como los
fueron objeto de análisis y reflexión
capacidad
por parte del Director de la Escuela
disponible (sólo 5.55% de holgura
de Ingeniería Eléctrica de la UFT y
de potencia), siendo que para que
por
un
los
jefes
de
departamento
sistema
de
generación
eléctrico
nacional
adscritos a dicha Escuela. De allí
tenga una confiabilidad del 99.9%
surgieron, a juicio del autor del
(estándar internacional para la
presente trabajo, un conjunto de
calidad del servicio), se requiere
conclusiones
propuestas
una holgura de 30% entre la
relacionadas con la crisis eléctrica
capacidad efectiva de generación
nacional, orientadas a contribuir con
y el consumo, hecho que explica
la solución de dicho problema.
el gran número de interrupciones
y
del servicio por mantenimiento, fallas y/o racionamiento. En este punto,
hay que resaltar que la Supraingeniería
82
demanda
real de
energía
es
mayor que el consumo indicado. 2. Se reconoce que el país no cuenta
con
la
años 90 del siglo pasado. 3. Los proyectos de generación en
de
ejecución con fecha estimada de
para
culminación hasta 2014 alcanzan
satisfacer la creciente demanda
los 13.1 GW, discriminados en 7.7
de energía. En este sentido, el
GW
balance
centralizada
generación
capacidad
existente hasta la década de los
suficiente
oferta-demanda
de
(generación
térmica
producida
con
potencia del Sistema Eléctrico
combustibles fósiles), 2.65 GW
Nacional (SEN) para el período
(generación
2004-2023, con un crecimiento
centralizada),
0.45
interanual de la demanda del
(modernización
hidroeléctricas
3.75%,
Guri y Macagua I), 0.1 GW
según
establece energía
cifras
una eléctrica
oficiales,
demanda de
de
128000
hidráulica GW
(Parque Eólico Paraguaná) y 2.2 GW
(generación
térmica
GWHora/año para el año 2012,
distribuida
de 139000 GWHora/año para el
combustibles fósiles) con cuyas
año 2014 y 190000 GWHora/año
capacidades
para el año 2023, lo que se
cubrirían los déficit de potencia
traduce
de
diaria para los años 2012 y 2014.
diaria,
Sin embargo, las obras no han
potencia
en
necesidades generada
producida
con
adicionales
asumiendo un factor de utilización
venido
de la misma de 70%, por el orden
cronogramas
de 25.5 GW, 30 GW y 40 GW,
reprogramados, con lo cual el
para los años 2012, 2014 y 2023,
déficit de energía eléctrica a corto
respectivamente,
una
plazo podría estar en el orden de
confiabilidad del 99.9%, es decir,
los 6 GW (2012) y 4 GW (2014), lo
con excepcionales fallas y sin
cual implica que para el año 2023
racionamiento, o sea, como la
el país deberá generar unos 14
con
GW
cumpliendo
se
efectivos
los
programados
más
de
y
los
Supraingeniería
83
existentes en 2014, que equivale
26 x 1012 pies cúbicos (PC) de gas
al 82% del consumo actual, de los
no
cuales 1.55 GW los aportará el
asumiendo que no se utilizara
Plan de Modernización de Guri,
nada de ella en el llamado servicio
cuya primera etapa que se está
de gas doméstico e industrial y en
ejecutando y se estima finalice en
el servicio de transporte terrestre
2015, agregará 1.05 GW, mientras
de pasajeros. Por otra parte, si
que
dicho
la
segunda
actualmente
en
etapa,
proceso
de
asociado
parque
alimentara
al
petróleo,
térmico
se
gas-oil
se
con
contratación, agregaría 0.5 GW al
requeriría refinar 400 mil barriles
SEN en el período que se está
diarios (MBD) de petróleo, siendo
considerando.
que
4. Según cifras oficiales, el plan de crecimiento contempla
hasta casi
10
el GW
la
capacidad
actual
de
refinación de este combustible en
2014
el país es de apenas 250 MBD,
en
buena parte de los cuales se
generación eléctrica a base de
comercializa
combustibles fósiles (gas, gas-oil
interno para el transporte terrestre
y
de carga.
fuel-oil),
lo
cual
impactará
en
el
mercado
fuertemente sobre las reservas de
5. El aumento previsto (hasta 2014)
gas no asociado al petróleo del
de 13.1 GW en la capacidad de
país y creará graves problemas en
generación de energía eléctrica
el
basada
mercado
interno
de
principalmente de
en
hidrocarburos líquidos, amén de
conversión
las cuantiosísimas pérdidas de
renovable
divisas que le ocasionará al país.
minoritariamente en la conversión
Un parque térmico de 10 GW
de energía hidráulica o eólica
requeriría de 2265 millones de
(23%) no parece ser viable ni
pies cúbicos diarios (MMPCD) de
siquiera a mediano plazo, ya que
gas, lo cual agotaría, en 30 años,
los
totalmente nuestras reservas de
necesarios estarían garantizados
recursos
energía
la
(77%)
no y
energéticos
Supraingeniería
84
solo hasta el año 2012, para cubrir
km aguas arriba de la represa de
el déficit de 6 GW, siempre y
Guri, contribuirían enormemente a
cuando las obras cumplan el
la crisis eléctrica del país en el
cronograma reprogramado.
mediano
y
largo
plazo.
Sin
6. Lo que parece una tendencia, por
embargo, no se conoce decisión
lo menos a corto y mediano plazo,
al respecto, por parte de los entes
es la disminución del déficit de
gubernamentales competentes.
potencia con
eléctrica,
mayormente
8. En cuanto a la generación eólica,
térmica,
además del Parque Paraguaná en
generación
aumentará
la
cantidad
de
ejecución (0.1 GW para antes del
emisiones de CO2 causantes del
2014), se tienen ubicados otros
cambio climático, lo cual va en
parques
contra del compromiso ratificado
como lo son La Goajira (Zulia),
por el país al firmar el Protocolo
Los Taques (Falcón), Península
de Kioto de diciembre de 2004,
de Araya (Sucre), Margarita e Isla
sobre reducción del consumo de
de Coche (Nueva Esparta), con
combustibles
sus
una estimación de 24 Megavatios
emisiones
(MW) cada uno. Actualmente se
fósiles
correspondientes
y
contaminantes. 7. En
cuanto
a
potencialmente
aptos,
hacen mediciones en el estado la
generación
Mérida,
con
el
objeto
de
hidroeléctrica, existe un potencial
establecer su potencialidad eólica.
nominal calculado de 9.1 GW en
Se observa que este tipo de
los llamados proyectos del Alto
generación
Caroní, discriminado de la manera
mucho podría aportar unos 0.25
siguiente:
GW;
GW al SEN antes del 2023, si
Aripichi, 1.3 GW; Eutobarima, 2.9
dichos proyectos se llevan a cabo.
GW y Auraima, 1.8 GW. La
En Latinoamérica el país líder en
ejecución
viejos
este tipo de energía es Brasil con
embalses
0.4 GW de potencia instalada y
estarían ubicados entre 100 y 500
1.0 GW licitados en agosto de
proyectos,
Tayucay,
de
3.1
estos
cuyos
alternativa,
cuando
Supraingeniería
85
2011. Se puede concluir que los
transmisión de potencia en HVDC
parques eólicos no serán los que
(Alta
hagan
para
Directa)
que
es
mucho
más
subsanar el crecimiento de la
eficiente
que
la
HVAC
(Alta
demanda hasta el año 2023.
Tensión en Corriente Alterna),
9. Las
grandes
redes
aportes
de
en
Corriente
y
especialmente cuando se trata de
están
transportar grandes bloques de
sobrecargadas, o cuando menos
energía a grandes distancias (más
operando
de
de 600 kilómetros), con las cuales
estabilidad crítica, lo que lleva al
se puede transportar hasta 4-5
SEN a operar bajo condiciones de
veces más potencia que la que se
riesgo,
como
puede transportar en HVAC, a
consecuencia fallas y apagones,
menos costo. Mientras que para
que
incrementar
distribución
transmisión
Tensión
del
en
SEN
los
límites
trayendo
se
suman
a
los
sustancialmente
la
racionamientos del servicio que
capacidad de las líneas HVAC ya
aun se siguen ordenando. El
operativas, la conversión de las
aumento
de
mismas a tecnología HVDC puede
instalada
en
la
capacidad no
incrementar de 3 a 6 veces dicha
distribuida va a requerir de nuevas
capacidad, a costos razonables y
líneas
de
en tiempos relativamente cortos,
incrementos sustanciales en la
especialmente por encima de los
capacidad de transmisión de las
345
líneas que actualmente forman
longitudes de transmisión de más
parte del SEN. Sin embargo, la
de 480 kilómetros (km).
de
generación
transmisión
o
inversión que se está haciendo en esta
materia
es
kilovoltios
(kV)
y
para
11. La energía solar es la mayor
relativamente
fuente de energía renovable con
poca y dirigida principalmente al
que dispone el planeta Tierra.
mantenimiento correctivo.
Cuando se trata de pequeños
10. Sobre la construcción de líneas nuevas, existe la tecnología de
sistemas puntuales de conversión de
energía
solar
en
energía Supraingeniería
86
térmica,
para
domésticas
o
calefacción
de
aplicaciones
solares
pueden
de
integrarse con almacenamiento o
y
en una operación híbrida con
calentamiento de líquidos, entre
otros combustibles, y ofrecen una
otros, se le conoce como energía
potencia
térmica solar (ETS). Este tipo de
despachable a demanda. Son
generación también podría ayudar
aptas para cargas pico y cargas
a minimizar la crisis eléctrica
base, y la electricidad generada
nacional, pero en pequeña escala,
se inyecta generalmente a la red
razón
puede
eléctrica. Venezuela se encuentra
considerar, más bien, como una
en el llamado cinturón de sol,
manera
energía
conjunto de países donde hay la
También existen los
radiación solar suficiente para
sistemas de energía solar térmica
acometer proyectos de este tipo.
de
Estos
por
industriales
centrales
la
de
eléctrica.
ambientes
cual se
ahorrar
concentración
producen
sistemas
energía
de
energía
alternativa, que no existen ni a
mediante el uso de cientos de
nivel de proyecto en nuestro país,
espejos que concentran los rayos
podrían
del sol a unas temperaturas que
problema del crecimiento de la
oscilan entre 400 y 1.000 ºC.
demanda
Existe
de
experimenta nuestro país hasta el
formas de espejos, métodos de
2023 y más allá, sin problemas de
seguimiento solar y de generar
contaminación ambiental.
una
o
que
y
electricidad
energía
calor
(ESTC)
firme
gran
útil, pero
variedad
todos ellos
12. La
ayudar
de
llamada
a
resolver
electricidad
el
que
piezoelectricidad
funcionan bajo el mismo principio.
también es una energía alternativa
En
otras
para aplicaciones muy puntuales
latitudes, una central de energía
que permite el ahorro de la
solar térmica de concentración
energía eléctrica proveniente de
tiene una potencia entre 50 y 280
los SEN. En muchas partes del
MW y aún podría ser mayor. Estas
mundo, por ejemplo, se están
la
actualidad
y en
Supraingeniería
87
iluminando locales nocturnos, vías
aceite superior, sobre todo en el
terrestres
caso
de
comunicación
y
de
transformadores
con
paseos peatonales mediante esta
transductores de vieja tecnología;
energía alternativa. Por supuesto,
los cuales conforman la mayoría
los
de los existentes en Venezuela.
niveles
de
generada
la
potencia
mediante
la
14. Las
auditorías
energéticas
piezoelectricidad son muy bajos,
industriales, así como la utilización
pero su utilización podría ayudar a
de
ahorrar energía eléctrica del SEN.
programables (PLC), de motores y
13. Muchas de las fallas que se
otros
controladores
equipos
cada
consecuencia de la brecha entre
pueden conllevar al uso de la
la oferta y la demanda de la
energía
energía
desperdiciarla
interrupciones
eléctrica y
sin
sin sacrificar
calidad de vida. La cultura del
los
ahorro de energía, que no la de la
potencia
limitación y el racionamiento, debe
ubicados en las subestaciones del
fomentarse a todo evento, incluso
SEN.
se
en épocas de superávit, ya que se
aplicaran
trata de un legado para las
técnicas de diagnóstico en tiempo
próximas generaciones. Sobre el
real en los transformadores de
particular, se estima un 10% como
potencia
las
tope de energía que se puede
que
ahorrar, lo que demuestra que el
Existen
ahorro y la eficiencia energética
a
apagones
domótica,
se
deben
y
pocas
la
más
eficientes
No
de
vez
producen en el SEN no son
eléctrica.
y
lógicos
fallas
transformadores
de
Esta
minimizaría,
en
situación sí
se
principales
de
diferentes
subestaciones
conforman
el
modelos
desarrollados
SEN.
por
son
necesarios,
más
no
ingenieros venezolanos que han
suficientes, para resolver la crisis
dado resultados halagüeños, los
eléctrica nacional.
cuales pueden ser aplicados para la predicción de la temperatura del Supraingeniería
88
biomasa
y
la
de
pila
de
combustible, entre otras. RECOMENDACIONES
b. La generación distribuida. c. La transmisión eficiente de
En virtud de lo antes expuesto, se
energía eléctrica, tales como
estima necesario y pertinente hacer
los sistemas de transmisión
las siguientes proposiciones:
flexibles en corriente alterna (FACTS) y la transmisión en
A. Desde el punto de vista interno.
alta
tensión
en
corriente
directa (ATDC o HVDC). 1. Impulsar reformas en el pensum
d. El incremento sustancial de la
de estudios de la carrera de
capacidad de transporte de las
Ingeniería Eléctrica de la UFT, a
líneas de transmisión de alta
fin de que los cursantes de la
tensión en corriente alterna
misma estudien diversos aspectos
(ATAC o HVAC) operativas
de áreas temáticas relacionadas
muy
con:
conversión
largas,
mediante
la
tecnológica
ATAC/ATDC. a. Fuentes
alternativas
de
energía, tanto las que están
e. La
eficiencia
y
el
ahorro
energético, en general.
consolidadas, como las que están
por
emergentes,
lograrlo
las
2. Impulsar
la
actividad
de
especial
investigación de la Escuela de
aquellas que no contaminan el
Ingeniería Eléctrica de la UFT,
ambiente, tales como la eólica,
ubicándola en el contexto del país,
la
en las siguientes dos grandes
solar
concentración
en
y
térmica (ESTC),
de la
líneas, a saber:
fotovoltaica, la piezoeléctrica, la
mini
hidráulica,
la
geotérmica, la marina, la de
a. Generación
de
energía
eléctrica distribuida mediante Supraingeniería
89
fuentes de energía alternativas
con creces la inversión inicial
no contaminantes.
requerida
b. Transmisión
eficiente
de
energía eléctrica a muy largas
para
los
proyectos
hidroeléctricos mencionados. 2. Que se consideren fuentes de energía alternativa, además de la
distancias.
eólica, y especialmente la energía solar térmica de concentración
B. Desde el punto de vista externo.
(ESTC), 1. Que
se
reconsideren,
con
la
en
tradicionales
vez
de
las
termoeléctricas
urgencia que el caso amerita, los
basadas en combustibles fósiles,
proyectos hidroeléctricos del Alto
para reducir el déficit energético
Caroní
del país, pero sin comprometer el
(Tayucai,
Eutobarima
y
potencial
Aripichi,
Auraima),
cuyo
energético
no
contaminante de 9.1 GW aportaría el 65% de la potencia diaria requerida
para
medio ambiente.
satisfacer
la
demanda al año 2023. Aunque la
Referencias Bibliográficas Evans, R, D. y Muller, H. N. (1964). Power-System Stability−Basic Elements of theory and Application.
inversión requerida para ejecutar estos proyectos es mucho mayor que la necesaria para generar la misma potencia eléctrica mediante conversión térmica basada en combustibles
fósiles,
el
Simón, M., Díaz, A., Toledo, J. y Caraballo, J. (2009). Estabilidad Dinámica del Sistema Eléctrico Nacional evaluando la incorporación de la generación del Alto Caroní con enlaces HVDC.
costo
inicial de éstas más el costo de operación durante su vida útil (equivalente a las divisas dejadas de percibir más el costo del transporte del combustible durante ese período de tiempo), superaría Supraingeniería
90
CONSTRUCIÓN DEL
profundas
CONOCMIENTO, SIGLO XXI
que
nosotros
aún
no
podemos manejarlas
Orellana, R. 1 Estudios Interdisciplinarios, UCV, Venezuela Correo:rorellana@ucv.edu.ve
1
Situación
Mundial:
Dificultades
que afronta la ciencia y la matemática del siglo XX La astronomía nos conduce a profundas
reflexiones. Muchas son
tan profundas que nosotros aún no podemos
manejarlas, el extraño
universo e igualmente de misteriosos el espacio y el tiempo, El espacio es un extraño y único ítem no se puede llevar a un
laboratorio y analizarlo
como carne espasmódica . Él,
es
como un contenedor sin paredes. El espacio hierve con una enigmática y enorme energía, y, cada segundo, surgen billones de años luz cúbicos.
La
mayor
parte
la
“conciencia”.
se
La
astronomía nos conduce a profundas reflexiones,
muchas
son
misteriosa forma pudiera
ocultar 6
dimensiones extras de espacio con una variedad de formas. Los teóricos sospechan que nuestro Universo de tres dimensiones mas el tiempo, se encuentran dentro de un espacio de mucho
mas
de
6
dimensiones
espaciales, llamado Calaba -Yan Gian
Carlos
Rota
(1996)
menciona tres:
-
materializa de la nada. El mas grande perturbador
¿Es ésta la forma del universo?. Esta
tan
1. La
dificultad
conquistas
de en
conceptos Abstracciones
explicar
sus
términos
de
clásicos
:
superficiales
y
estériles 2. La
explosión
productiva:
produciendo investigaciones, que Supraingeniería
91
no tienen justificación ni interés.
Los
griegos
se
hacían
la
La estructura universitaria “incita
siguiente
entupidamente
o
conocimiento?, pero estrechamente
perecer , según un triste lema
relacionada con la pregunta ¿Qué es
estadounidense. Resultado, una
la realidad?
circulación
a
de
publicar
centenares
de
revistas especializadas, en las que cada año aparecen Miles de teoremas irrelevantes. 3. Es
provocada
por
pregunta:
¿Qué
es
el
El vocablo modelo proviene del bajo latín «modellus» y significa “aquello que imita”. De lo anterior, se deduce que
la
fragmentación que la matemática
la
noción
sufrió a partir del siglo XVIII y se
empleada en todas las ciencias sin
hizo patológicas en el siglo XX..
excepción : “designa el modo de ser
realidades, del tipo de las
En Metafísica (un saber que
situado más allá o detrás del físico en cuanto tal), “designa el modo de ser de ciertas realidades, o supuestas realidades, del tipo de las
ideas o
formas platónicas”.
es
“ poner de
relieve ciertos modos de explicación
ideas o
una teoría, a pesar de que ellos están en estrecha relación radica en lo siguiente: el modelo para una teoría equivale a una interpretación de esta una teoría dada puede
tener diversos modelos.
el
conocimiento?, ¿En qué se funda el
de la realidad.”
sido
La distinción entre un modelo y
teoría y
En Epistemología, (teoría del
conocimiento?, etc):
ha
formas platónicas” .
pretende penetrar en lo que está
¿Qué
modelo
de ciertas realidades, o supuestas
¿Qué es un modelo?
conocimiento:
de
La
imperfección
del
conocimiento que puede obtenerse sobre
el
mundo
inaccesibilidad
real
por
intrínseca,
su su
complejidad e infinitud, ha dado
Supraingeniería
92
origen
a
diferentes
esquemas
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
explicativos, interpretaciones . Aristóteles, Metafísica, Editorial Sudamericana, Argentina, 2000.
¿Qué es un modelo borroso? Uno
de
estos
explicativos
es
a
borrosidad,
dando
esquemas
través
de
paso
a
Hume, Del Conocimiento, Editorial, Aguilar, Argentina, 1982.
la los
modelos borrosos . Un modelo borroso es un modelo que designa el modo de ser de la imperfección del conocimiento.
Hessen, J., Conocimiento, México, 2003.
Teoría Editorial
del Tomo,
Gian-Carlo Rota (1995). Combinatorics, Introductory papers and commentaries, J.P.S. Kung Ed., Contemp. Mathematicians, Birkhäuser Boston, Boston, MA, 1995.
Al intentar representar lo impreciso, lo incompleto, y lo incierto del lenguaje
Schaff, Adam, Historia y Verdad, Ed. Grijalbo, México, 1974.
natural se han utilizado los siguientes modelos: El probabilístico El de la evidencia de DempsterShafer El de posibilidad de Zadeh (1978).
Sencillamente, por lo
siguiente: Toda lengua o idioma es un modelo
de
pensamientos
expresión a
través
de
los
de
las
palabras.
Supraingeniería
93
CONCEPTOS SOBRE SISEMAS DE
para facilitar su comprensión y el
MODELADO
estudio de su comportamiento; un López, B1
1
Ingeniería, UCLA, Venezuela
Correo: lameda.carlos@gmail.com
modelo matemático (analítico), está formado por ecuaciones explícitas. Este puede permitir una solución analítica o numérica. Es un objeto o proceso que comparte propiedades
Comencemos sistema
y
proceso.
por El
definir
cruciales de un objeto o proceso
primero,
modelado original, pero es más fácil
combinación de componentes que
de manipular o entender.
actúan conjuntamente para alcanzar un objetivo específico o
cualquier
fenómeno estructural o funcional, que tenga al menos dos componentes separados y alguna interacción entre estos componentes.
El segundo,
operación o desarrollo que consiste en una serie de cambios que tienden a un cierto resultado o final o conjunto de
las
fases
sucesivas
de
fenómeno natural o artificial.
un Para
definir un modelo también debemos revisar
algunas
definiciones:
Una
representación de algo (por ejemplo de un sistema o proceso) usada para su análisis o explicación; un conjunto de proposiciones o ecuaciones que describen
en
forma
simplificada
algunos aspectos de un sistema o de una realidad compleja que se elabora
Un modelo puede ser formal (por
ejemplo
una
expresión
matemática, un diagrama, una tabla), o de juicios (por ejemplo como el formado
por
las
deducciones
y
valoraciones contenidos en la mente de un experto). Otros son Modelos Correlacionales
que
no
necesariamente revelan sí algunos de los
fenómenos
observados
causados por otros. formal
tiene
una
son
Un modelo
estructura
(por
ejemplo, la forma de una ecuación) y parámetros (por ejemplo los valores de los coeficientes en una ecuación). La determinación de la estructura y los parámetros es la identificación del modelo. La determinación de los parámetros sobre la base de datos
Supraingeniería
94
experimentales
es
estimación
de
describen las relaciones entre las
modelos. El chequeo de un modelo
variables del sistema en términos de
propuesto
expresiones matemáticas.
contra
datos
experimentales diferentes a aquellos usados
para
parámetros,
estimación es
de
validación
de
modelo.
El
modelo
usado
en
una
simulación de computador de un sistema
es un programa.
Para
sistemas complejos, este programa
Se ha hecho creciente el uso de simulación por computador:
El
puede
ser
construido
muchas subrutinas y tablas, y pudiera
modelo es un programa que permite
no
a un computador determinar cómo las
analíticamente
propiedades
matemático.
clave
del
original
mediante
ser
factible como Se
usa
resumirlo un
modelo
el
término
cambiarán a través del tiempo. Es
modelo de software para describir
más fácil cambiar un programa que
tales descripciones computarizadas.
reconstruir un modelo a escala sí
Este tipo de modelo ha venido a jugar
nosotros queremos explorar el efecto
un rol cada vez más importante en la
de cambios en políticas o diseño. El
toma de decisiones para sistemas
grado de sofisticación y formalismo
complicados.
del
modelo
que
se
requerirá
dependerá del tipo de uso que se le dará.
Construcción de Modelos Un modelo de un sistema, se
En la vida diaria, usamos
modelos mentales, que no requieren
construye
una formalización matemática. Para
observados. Los modelos mentales
ciertos sistemas pueden describirse
se construyen con base en nuestra
sus
propiedades
numéricas
y/o
a
partir
de
datos
mediante
tablas
experiencia. Los gráficos y tablas
gráficas.
Para
numéricas pueden construirse a partir
aplicaciones avanzadas de ingeniería
de
puede ser necesario usar modelos
matemáticos
matemáticos
mediante dos formas (o combinación
(o
analíticos),
que
ciertas
mediciones. pueden
Los
construirse
Supraingeniería
95
de
ellas):Dividiéndolos
en
nuevas
hipótesis
comprobables
subsistemas cuyas propiedades son
acerca del sistema. Por lo tanto, uno
bien
de los más importantes usos de los
entendidas
a
partir
de
experiencias previas, y basarse en
modelos es el de generar hipótesis
“leyes de la naturaleza” y otras relaciones tienen
bien
sus
empíricos
establecidas
raíces
en
previos;
que
trabajos
basándose
directamente en experimentación. Se registran las entradas y salidas del sistema y mediante el análisis de los datos se infiere un modelo.
organización de
y
fenómenos
complicados. Pero
modelo
natural
complicado;
es
posible
que se introdujeron para construir el modelo, mediante la comparación del
natural
bajo
condiciones
similares. Sí el modelo y el mundo real no concuerdan, entonces uno u otro, o los dos, son conocidos de forma imperfecta, y rastrear el error a
aumentar
nuestra
hacer
comprensión del sistema real o del
mucho más. Sí el comportamiento de
modelo. Entonces, otro uso principal
un número de partes de un sistema
de los modelos es probar la validez
es relativamente bien entendido, así
de las mediciones de campo y de
como la relación entre las partes,
nuestras suposiciones extraídas de
ellos pueden ser combinados en
estos datos.
modelos
más
pueden darnos
pueden
computador
chequear los datos o suposiciones
ayudará éstos
de
relativamente exacto de un sistema
sistema
Asisten a los científicos en la
comunicación
un
comportamiento del modelo con el del
Aplicación de los Modelos
conceptualización,
Además, un vez se construye
complejos.
Ellos
información acerca
del comportamiento que no era obvio a partir del de las partes, y esto puede ayudarnos en la generación de
Predicción:
Los
modelos
ayudan a estudiar estos sistemas complejos
bajo
condiciones
que
nosotros no podemos observar o crear todavía, o pudiéramos nunca Supraingeniería
96
ser capaces o querer observar o
hacerse en sistemas reales, a
crear en el mundo real.
riesgo de destruirlos.
Optimización: pueden ayudar en la optimización, o a escoger el mejor
camino
para
condiciones
complicadas en el futuro, aún cuando
Hay mayor facilidad para repetir los experimentos.
La simulación es más controlable.
Los
modelos
siempre
no hay garantías de que el modelo
simulados
pueden
casi
monitorearse
completamente: se cuenta con
sea correcto o de los que toman las
todas las variables de salida y
decisiones le pondrán atención a
estados internos.
éste.
Los
modelos
son
de
se puede escalar el tiempo, para
importancia fundamental en diversas disciplinas. En ingeniería, se utilizan
En los experimentos con modelos
facilitar su observación.
En algunos casos no pueden
para el diseño de nuevos procesos y
realizarse
sistemas, así como para el análisis de
sistemas
los ya existentes. Existen técnicas
morales.
avanzadas
La simulación, por otra parte, tiene
supervisión,
de
optimización,
control
automático,
detección de fallas y diagnósticos de
experimentos reales
por
sobre razones
como desventajas:
Cada experimento virtual requiere
componentes que se basan en el
de un modelo completo validado y
modelado.
verificado del sistema.
Modelado para la Simulación
La
exactitud
reproducen La simulación tiene ventajas tales como: Requiere de un gasto menor.
Se
puede
experimentos
manipular que
no
y hacer
los
la
cual
detalles
y
se la
velocidad de simulación de los modelos
con
capacidad
está de
limitada la
por
la
computadora
usada.
podrían
Supraingeniería
97
Generación del Modelo, Simulación, Validación y Verificación en Contexto
En
la
segunda
etapa,
el
modelo se transforma en un modelo ejecutable, es decir simulable. Esto consiste
en
instrucciones
un
conjunto
de
que
describen
la
respuesta del sistema a estímulos externos. CONCLUSIONES Los
La realidad es inicialmente una
modelos
no
son
una
entidad, una situación o un sistema
panacea. So una herramienta de las
que va ser investigado mediante
muchas
simulación.
puede
científicos. La meta importante no es
verse como un proceso en dos
necesariamente la construcción del
etapas:
modelo o aún la salida del modelo, si
Su
modelado
disponibles
por
los
no aumentar nuestra comprensión de En la primera etapa, la realidad
sistemas complicados. Ellos fuerzan
se analiza y se modela usando
a los científicos a expresar sus
descripciones verbales, ecuaciones,
suposiciones en forma explicita.
relaciones o leyes de la naturaleza, con lo cual se establece un modelo conceptual.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Charles
A continuación se debe definir
Hall
and
John
Day.
Ecosystem Modeling in Theory and
un campo de aplicación para este
Practice. Wiley, 1990.
modelo conceptual, dentro del cual, el
F. Heylinghen. Web Dictionary of
modelo
Cybernetics and Systems. Principia
deberá
representación
proporcionar aceptable
de
una la
Cybernetica, 2002.
realidad. Georg
Pelz.
Sistemas
Mecatrónicos. Limusa Wiley. 2006. Supraingeniería
98
Katsuhiko Ogata. System Dynamics. 4th Edition. Prentice Hall, 2003. Lennart
Ljung.
System
Identification: Theory for the User, 2nd Edition. Prentice Hall, 1999. Oliver Nelles. Non Linear System Identification. Springer Verlag, 2001.
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9999
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