Revista Supraingenieria Año 2012. N° 1

1

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

3

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 ATACATDC en comparación con otras dos opciones con tecnologías convencionales, para incrementar el suministro de potencia. Se concluye que la conversión ATACATDC, 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

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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.

SupraingenierĂ­a

9999

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