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R EVISTA TÉCNIC A DEL CAPÍ TULO DE I NG ENIE R Í A M E C Á N I C A Y M E C Á N I C A E L É C T R I C A – C I P / N ° 4 7 - 2 0 1 5
Entrevista:
Ing. Ricardo Santillán Chumpitaz Balance del XXI CONIMERA
y la presencia del Perú en el XXV
COPIMERA
Optimización del Caudal de Diseño
de una Central Hidroeléctrica
La masificación en el uso del gas
natural por medio del GNL y del
GNC “Una Política de Estado”
Asignación de Pérdidas en Sistemas
de Distribución Radial Basados en
Teoría de Circuitos y el Método de
Aumann-Shapley
Central hidroeléctrica
Chadin 2 - 650 MW
Protección ante detección en caso
de voltaje de carcaza en la carga
remota y monitoreo constante
del cable de tierra
Fabricación de Bienes de Capital
para la Minería e Industria
Ingeniería Suiza
en los Andes: Proyecto
Hidroeléctrico Cerro del Águila
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EDITORIAL
Entrevista Ing. Ricardo
Santillán Chumpitaz
Balance del XXI CONIM ERA y
del Perú en el XXV COPIMERA
Consejo Departamental de Lima
CAPITULO DE INGENIERÍA
MECÁNICA Y MECÁNICA ELÉCTRICA
JUNTA DIRECTIVA / 2013 - 2015
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Optimización del Caudal
de Diseño de una Central
Hidroeléctrica
JUNTA DIRECTIVA
Ing. Ricardo Santillán Chumpitaz
Presidente
Ing. Isaac Ferreyra Cayo
VicePresidente
Ing. Pablo Alfredo Mendoza Palmi
Secretario
Ing. Jorge Villafuerte Fuerte
Vocal
Ing. Carlos Ruiz Ayala
Vocal
Ing. Jorge Lucero Vega
Protección ante detección
en caso de voltaje de
carcaza en la carga
remota y monitoreo
constante del cable de
tierra
17
Answers for Industry 2015 –
SIEMENS
20
Asignación de Pérdidas en
Sistemas de Distribución
Radial Basados en Teoría
de Circuitos y el Método de
Aumann-Shapley
24
Central hidroeléctrica
Chadin 2- 650 MW
32
Fabricación de Bienes de
Capital para la Minería e
Industria
37
Fabricación de Bienes de
Capital para la Minería e
Industria
40
Vocal
Ing. Edwin Edilberto Chavarri
Carahuatay
Vocal
Colaboradores:
Ing. Eduardo Bernardotti
Ing. José Armas Solf
Ing. Yuri Percy Rodriguez Molina
Ing. Juan Laura Lazo
Ing. Igor Henrique Pinheiro da Silva
OEM - Electric
Producción general:
Centro de Innovación e Ingeniería
para el Desarrollo- CIID - Perú
[email protected]
9
14
Ing. Luis Mayta García
Vocal
4
La masificación en el uso
del gas natural por medio
del GNL y del GNC “Una
Política de Estado”
Pro-Secretario
Ing. Jaime Arturo Segura Cerrón
3
ENERGÍA & MECÁNICA
EDITORIAL
Estimados Colegas:
Con mi cordial saludo, reciban la presente edición de la
revista Energía & Mecánica en su versión N° 47, la penúltima
presentación de este año.
En la presente edición, hacemos un balance del XXI
CONIMERA, el evento más importante que agrupa a los
ingenieros mecánicos, electricistas y profesionales de ramas
afines y que, en líneas generales, fue un éxito rotundo,
pues ha cumplido con objetivos y retos trazados, dejando
las bases para las próximas directivas, a quienes competirá
seguir elevando el nivel técnico de la ingeniería de nuestra
especialidad. La cita técnica se llevó a cabo por primera vez en
las instalaciones de un importante hotel de San Isidro, fuera de
las instalaciones tradicionales del Inictel y del CIP.
Es importante señalar que el XXI CONIMERA contó con la
presencia de distinguidos representantes del COPIMERA
internacional; recibimos la visita del Ing. Luis Hernández, actual
presidente de la Confederación Panamericana de Ingeniería
Mecánica, Eléctrica, Industrial y Ramas Afines, y del Ing. Jorge
Gallo Navarro, presidente de la comisión organizadora del XXV
Congreso Panamericano de Ingeniería Mecánica, Eléctrica,
Industrial y Ramas Afines (COPIMERA), que en esta ocasión
celebra el 50 Aniversario del COPIMERA del 8 al 10 de octubre
de 2015 en la ciudad de Tegucigalpa, D.C.
Ing. Ricardo Santillán Chumpitaz
Presidente
Capítulo de Ingeniería Mecánica y Mecánica Eléctrica
En esta oportunidad, al evento internacional asistirá una
delegación peruana compuesta por los ganadores de los 10
primeros puestos del Concurso de Trabajos tipo exposición
y tipo póster. En un gran esfuerzo y sin precedentes se
premiaron a los 4 primeros puestos para su participación en
el congreso COPIMERA. Dos de los pasajes fueron otorgados
por el Consejo Departamental de Lima CIP y dos premios por
la empresa CESEL S.A.
Por último, quiero agradecer, a través de esta página, a los
expositores de las conferencias magistrales, auspiciadores,
asistentes, la Junta Directiva que presido y al público en
general que, con su apoyo y participación , hicieron posible y
engalanaron el XXI CONIMERA.
Cordiales saludos.
Ing. Ricardo Santillán Chumpitaz
Presidente
Capítulo de Ingeniería Mecánica y Mecánica Eléctrica
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
03
ENERGÍA & MECÁNICA
Ing. Ricardo Santillán, Presidente del CIME, inaugurando el XXI CONIMERA. En la vista apreciamos al Ing. Luis Moreno Figueroa, presidente
de la comisión organizadoraXXI CONIMERA, el Ing. Carlos Herrera Descalzi, Decano Nacional-CIP, Ing. Óscar Rafael Anyosa, Decano CDL- CIP.
Entrevista Ing. Ricardo Santillán Chumpitaz
Balance del XXI CONIMERA y presencia
del Perú en el XXV COPIMERA
L
a revista Energía & Mecánica, entrevista en esta
oportunidad al Ing. Ricardo Santillán Chumpítaz,
Presidente del Capítulo de Ingeniería Mecánica
y Mecánica Eléctrica y Director de la presente
publicación técnica, el mismo que nos da alcances de la
XXI versión del Congreso CONIMERA que se enmarco
en el lema “Perú, país de oportunidades” .
como es el Sonesta El Olivar, ubicado en el distrito
de San Isidro, conocido como el Centro Empresarial
del Perú y de muy fácil acceso. Asimismo a los ya
tradicionales escenarios mencionados, se agregaron
otros dos como fueron: el Concurso de presentación de
Posters Técnicos y las Charlas Técnico – Comerciales.
El Ing. Santillán, ha sido el Presidente Ejecutivo del XXI
Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica, Eléctrica y
Ramas Afines, celebrado recientemente en el mes de
Junio, presentándonos en esta oportunidad un balance
y alcances de esta importante cita técnica que agrupo
por tres días a los profesionales de las especialidades
referidas, presentando temas de actualización
profesional y contando con invitados representantes
del COPIMERA Internacional.
Concurso de Posters
1 - ¿ E s t i m a d o I n g . S a n t i ll á n , q u é
alcances nos puede brindar respecto
al desarrollo del XXI CONIMERA?
El presente XXI CONIMERA, comparativamente
a otras versiones del CONIMERA, incluido el XX
evento que de igual forma me toco presidir en el año
2013, estaban enmarcados tradicionalmente en tres
escenarios como son: el Concurso de Trabajos de
Investigación, Conferencias Magistrales, y la Expoferia
Técnica.
En esta oportunidad el XXI CONIMERA, asumió el reto
de hacerlo en las instalaciones de un prestigiado Hotel
04
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
Ganador del Concurso de Posters
ENERGÍA & MECÁNICA
concurso de investigación, que consiste en cubrir todos
los gastos (Pasaje aéreo, inscripción y hospedaje) de
participación al Congreso Panamericano de Ingeniería
Mecánica, eléctrica, Industrial y ramas Afines – por sus
siglas COPIMERA que este año se desarrollará del 8 al 10
de Octubre 2015 en la ciudad de Tegucigalpa – Honduras.
Ing. Yuri Molina, 1er puesto concurso de trabajos - XXI CONIMERA
El primer y tercer premio es otorgado por la empresa
CESEL S.A; el segundo y cuarto premio en esta
oportunidad lo otorga, el CIME organizador del Evento. El
segundo puesto le correspondió al trabajo titulado: “Diseño
de un Sistema de Control de Calidad de Mediciones
Eléctricas en el Sistema Nacional de Transmisión de
Alta Tensión”, cuyos autores son los ingenieros: Fermín
Rafael Cabezas Soldevilla y Franklin Alfredo Cabezas
Huerta.
Un aspecto a destacar en el Concurso de trabajos es la
participación de profesionales ingenieros nacionales e
internacionales de diferentes Universidades tales como:
Ganadores del 2do puesto , concurso de trabajos XXI CONIMERA
2- ¿Ingeniero, nos podría detallar el
desarrollo del XXI CONIMERA en sus
diferentes escenarios?
La Presentación del Concurso de Trabajos se enmarcó
en las siguientes temáticas: ENERGÍA, INNOVACIÓN
TECNOLÓGICA y MECÁNICA APLICADA.
En la primera fase del concurso se contó con 77
resúmenes de trabajos presentados, de los cuales 40
pasaron a la segunda fase de presentación de trabajos
completos.
13 trabajos fueron calificados como presentación Tipo
poster, siendo importante señalar que los posters
técnicos concitaron el interés del público en general, ya
que la exposición era In Sitú y presencial por sus autores
y las preguntas de los interesados no se hacían esperar.
Finalmente, ambos concursos (Presentación tipo
exposición y presentación tipo poster) fueron calificados
por la Comisión Evaluadora del concurso de trabajos
presidida por el Ing. Luis Mayta, directivo del Capítulo,
dando como resultado a 10 ganadores del total general
que se presentaron. El título ganador fue: “Asignación de
Pérdidas en Sistemas de Distribución Basados en Teoría
de Circuitos y el Método de AUMANN- SHAPLEY”, cuyos
autores son los Ingenieros: Yuri Percy Molina Rodríguez
(expositor), Juan Laura, Igor Pinheiro.
Es importante señalar que la versión XXI del CONIMERA
otorgó cuatro premios, a los cuatro primeros lugares del
Universidades Extranjeras:
Universidad Federal de Paraíba - Brasil
Universidad Politécnica de Tlaxcala - México
Universidad Politécnica del Valle de México
Universidad Simón Bolívar - Venezuela
Universidades de Provincias del Perú:
Universidad San Antonio de Abad – Cusco.
Universidad Néstor Cáceres Velásquez - Puno,
Universidad Nacional Herminio Balizan - Huánuco,
Universidad Continental de Huancayo
Universidades de la ciudad de Lima-Perú:
Universidad Nacional de Ingeniería – UNI
Universidad Nacional del Callao - UNAC
Universidad Nacional de San Marcos – UNMSM
Pontificia Universidad Católica del Perú -PUCP
Universidad de Lima
Universidad de Ingeniería y Tecnología – UTEC
Universidad de Piura
Las Conferencias Magistrales
De manera simultánea, en el marco del XXI CONIMERA,
se realizaron 44 conferencias magistrales, contando con
destacados conferencistas nacionales e internacionales.
Siendo muy importante destacar que se tocaron temas de
importancia y trascendencia nacional, con aportes muy
importantes para el desarrollo de la ingeniería en el país.
Las temáticas que se desarrollaron en los tres días que
duró el evento, fueron las siguientes:
Tema: POLÍTICA ENERGÉTICA Y MARCO
INSTITUCIONAL
Tema: EFICIENCIA ENERGÉTICA
Tema: MECÁNICA APLICADA
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
05
ENERGÍA & MECÁNICA
Tema: SECTOR OIL & GAS
Tema: INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
INTERDISCIPLINARIA
Tema: DESARROLLO INDUSTRIAL
Tema: INNOVACIÓN TECNOLÓGICA
Se convocó a los siguientes expositores internacionales:
Eduardo Bernardotti - Argentina, María Mayendía PérezSerrano – España, Juan de la Casa Higueras - España,
Rasmus Gullberg- Bélgica, Josep Giribet – España,
Rodney Carvalho – Brasil, Gian Carlo Vivone-Argentina.
Stand de CrossGas - ExpoFeria Técnica
Conferencia Magistral. Ing. Máximo San Román
Stand Osinergmin-Expoferia Técnica
Charlas Técnico Comerciales:
Público Asistente al XXI CONIMERA
La ExpoFeria Técnica
Como cada versión, el XXI CONIMERA, presentó
empresas e instituciones que exhibieron productos
y servicios a profesionales del sector, compradores
logísticos, proveedores, empresarios del sector industrial,
funcionarios del gobierno, ingenieros y técnicos de planta,
entre otros que se dieron cita en este importante evento
técnico. Las empresas que participaron:
Las Charlas Técnicas-Comerciales, fueron un valor
agregado que en esta oportunidad ofreció el XXI
CONIMERA a las empresas que contó con un salón
específicamente con programación propia, donde las
empresas expositoras invitaron a sus socios estratégicos
y comerciales para afianzar sus relaciones y dar a
conocer nuevos servicios y productos.
Las empresas que participaron: CROVISA, ELECIN, NIC
INVERSIONES, NDT SERVICE SAC, ABS Ingenieros.
SIEMENS AG, CESEL S.A, ABS INGENIEROS
S.A.C, OSINERMING, CARELEC – MINISTERIO
DE ENERGIA Y MINAS, CROSS GAS EQUIPMENT
S.A.C. COMPAÑÍA ELECTROANDINA S.A.C, V&S
Asociados. Se contó con los auspicios de las empresas:
RANSA, ABB, Electroperú, Semco.
06
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
Charlas Técnico-Comerciales
SDV energía e infraestructura S.L., empresa dedicada a la ingeniería, procura,
construcción y mantenimiento de proyectos industriales y de infraestructura eléctrica,
presente en América Latina desde 1989 y constituida en España con el fin de
consolidar la actividad internacional que el Grupo ha venido desarrollando.
El Grupo SDV ha ejecutado más de 250 proyectos en Alta Tensión en voltajes hasta
500 kV y más de 100 proyectos en las áreas de petróleo y gas, generación eléctrica,
petroquímica, minería y plantas de tratamiento de agua con más de 30’000,000 de
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ENERGÍA & MECÁNICA
3- ¿Estimado Ing. Santillán, por sus
palabras podemos ver que el XXI
CONIMERA fue todo un Éxito?
Así es, la versión XXI del CONIMERA, tuvo un objetivo
de parte de los organizadores y el mío personal, el mismo
que ha sido levantar el nivel técnico del CONIMERA para
el beneplácito de la ingeniería nacional; se ha cambiado
el local tradicional por uno de clase internacional, se han
implementado otros temas innovando el contenido del
principal evento técnico con el que cuenta la especialidad
de Ingeniería Mecánica Eléctrica nacional.
Reconocimiento Ing. Marco Chen (Panamá), Past President COPIMERA.
4- Ingeniero Santillán, sabemos que
en esta oportunidad el XXI CONIMERA
contó con invitados muy importantes
vinculados al COPIMERA internacional
¿quÉ nos puede decir al respecto?
Así es, en esta oportunidad el XXI CONIMERA,
contó con la presencia de los distinguidos ingenieros:
Luis Hernández (Argentina) , actual presidente de
COPIMERA; del Ing. Jorge Gallo Navarro, Presidente del
Comité Organizador del XXV COPIMERA y representante
del Colegio de Ingenieros Mecánicos, Electricistas y
Químicos de Honduras [CIMEQH], organizadores del
evento técnico internacional. De igual forma, se contó con
la presencia del reconocido ingeniero panameño Marco
Antonio Chen, Past Presidente del COPIMERA.
Premiación representantes COPIMERA,
en el marco del XXI CONIMERA
Reconocimiento Ing. Luis Hernández (Argentina), presidente de COPIMERA.
Reconocimiento al destacado Ing. Peruano,
Emilio Navarro Talavera, promotor del CONIMERA en el Perú.
EL PERÚ Y SU
PARTICIPACION
EN COPIMERA
El 16 de Julio del 2003, en la ciudad de Santo Domingo,
República Dominicana, la Junta Directiva del CIME que
presidía en ese entonces el Ing. Danilo Valenzuela Oblitas,
aprobó por unanimidad la reincorporación del Perú como
miembro activo de la Confederación Panamericana
de Ingeniería Mecánica Eléctrica y Ramas Afines
(COPIMERA).
Es importante destacar que el encargado para hacer las
gestiones encomendadas para la incorporación de Perú
al COPIMERA fue el Ing. Ricardo Santillán Chumpitaz,
actualmente Presidente de la Junta Directiva del Capítulo
de Ingeniería Mecánica y Mecánica Eléctrica (período
2013-2015) y Presidente Ejecutivo del XX (2013) y XXI
CONIMERA (2015).
La Asamblea, que contó en esa oportunidad con delegados
de 14 países, también aprobó por unanimidad conceder
a Perú la sede del XXI Congreso COPIMERA 2007 que
se celebró en la ciudad de Lima y fue presidido por el
destacado Ing. Carlos Herrera Descalzi, actual Decano
Nacional del Colegio de Ingenieros del Perú.
Reconocimiento Ing. Ing. Jorge Gallo Navarro,
Presidente del Comité Organizador del XXV COPIMERA - Honduras 2015.
08
En esta oportunidad, la sede del XXV COPIMERA le ha
sido otorgada a Honduras, en la ciudad de Tegucigalpa,
cuyo lema central es: “Ingeniería e Innovación ante los
desafíos de la Competitividad”, evento al que asistirá la
representación peruana.
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
ENERGÍA & MECÁNICA
OPTIMIZACIÓN DEL CAUDAL DE DISEÑO
DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA
Ing. Eduardo Bernardotti
BA Energy Solutions - Argentina
E
l Caudal de diseño (Qd) óptimo para cierto
aprovechamiento y salto topográfico es un
proceso complejo que debe tener en cuenta
aspectos diversos para su correcta evaluación,
premisas/criterios múltiples de varios tipos como
son las premisas técnico-económicas que, a su vez,
pueden incluir o no la regulación de los caudales del
río; criterios de mercado asociados con el país donde
se está efectuando la evaluación; premisas sociales y
ambientales, y restricciones que deban ser evaluadas,
así como regulaciones e incentivos específicos
aplicados al país o región involucrada.
Con este planteamiento nos preguntamos: ¿Puede
variar el Caudal de diseño óptimo de un aprovechamiento
en función de las premisas/criterios aplicados en un
determinado país con la consiguiente subutilización de
los recursos hidráulicos primarios? Para una correcta
decisión del caudal de diseño se deben elaborar
alternativas de proyectos en función de esta variable;
con ello se podrán obtener los posibles costos de la obra
(con embalse de regulación o sin él) en relación con el
caudal instalado del proyecto, diferentes niveles para la
producción de energía y la potencia firme del proyecto;
de esta manera, se podrá adoptar la mejor opción de
diseño que compatibilice los múltiples criterios seguidos.
En forma absolutamente general, los proyectos pueden
ser sin regulación, disponer de un volumen mínimo de
regulación con capacidad horaria para permitir empuntar
los caudales acumulados fuera de las llamadas horas de
pico de la demanda del sistema interconectado al cual
abastecen, o también ser de regulación tipo estacional
en caso de permitirse la construcción de embalses
de mayores dimensiones para trasladar volúmenes
de agua aportada en períodos de avenida a otros de
estiaje.
acuerdo con el régimen especial previsto en Perú, con
un posible precio y energía adjudicada similar a los
obtenidos en las últimas subastas. Se muestran datos
técnicos y económicos básicos considerados para el
análisis efectuado:
Datos Técnicos
VARIABLE
VALOR
DESCRIPCIÓN
Qturb
Variable
Caudal turbinado (m³/s)
Hbruta
Cte. (con o sin
regulación)
Altura bruta (m)
% Qminimo
m³/s
Qecológico
Indisponibilidad
3%
Ajuste Qdiario
2%
Ajuste
Producción Real
5%
Indisponibilidad
Relación Qdiario/
mensual
Descuento en
producción
Datos Técnicos
VARIABLE
VALOR
DESCRIPCIÓN
Años Evaluación
20
Periodo de recuperación
capital
Tasa Descuento
12%
Tasa de recuperación
capital después de
impuestos
Impuesto a la
Renta
28%
Tasa prevista desde
2017
Para la evaluación de los ingresos de un proyecto
genérico localizado en Perú, se consideró la
comercialización de la potencia y energía firme a
precios vigentes según la actual regulación del mercado
eléctrico, es decir, las ventas en contratos a tarifa de
barra y excedentes a costo marginal de la energía
promedio a nivel mensual de los últimos 5 años.
Definimos el índice costo-beneficio [medido en USD/
MWh] como la suma de la anualidad del costo de
inversión más el costo anual fijo de operación y
mantenimiento sobre la energía media del proyecto
(EMA), que cuantifica el posible costo anual y beneficios
sobre capital para la energía vendida por el proyecto sin
considerar los ingresos posibles a los que está sujeto el
aprovechamiento. Por otra parte, este indicador de costo
de energía, luego es complementado con el ingreso
medio que el proyecto percibe según la regulación
peruana dentro de un portafolio que contempla contratos
para la potencia/energía firme y costos marginales para
los excedentes de energía durante los períodos de
avenidas.
Para el caso de potenciales proyectos menores a 20MW
de potencia instalada, se consideró la comercialización
de la energía como proyecto categorizado dentro del
nicho Recursos Energéticos Renovables (RER), de
En la figura siguiente se observa el típico comportamiento
estacional en la producción de energía mensual, donde,
para caudales de diseño mayores a 40m³/s, solo
aumenta principalmente la producción en el periodo de
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
09
ENERGÍA & MECÁNICA
avenida del año cuando la energía suele resultar más
barata, mientras la producción en estiaje solo presenta
incrementos marginales.
Energía media mensual (GWh) Asociada a
caudal de diseño (m3/s)
dado los limitados aportes de caudales en crónicas
extrasecas, que es cuando se define la potencia firme.
Potencia Instalada y Potencia Firme sin
Regulación Horaria
▬ Potencia Instalada sin RH MW
De igual manera, el incremento de capacidad instalada
no logra tampoco aumentar la energía firme durante
el estiaje para determinados caudales de diseño,
dado que esta energía depende de las crónicas de
aportes extrasecas , que es una característica del sitio
analizado, lo que limita, por consiguiente, las ventas de
energía en contratos a mejores precios. En la siguiente
figura se muestra la producción de energía media y
firme para distintos posibles caudales de diseño, así
como el factor de planta del proyecto y relación energía
media/firme (en eje secundario), donde el incremento
de la capacidad instalada aumenta relativamente poca
la energía firme para caudales de diseño mayores a
40m³/s, en el caso sin considerar regulación horaria.
Producción Media Anual y Energía Firme
del Proyecto sin Regulación Horaria
▬ Energía Media Anual GWh
Factor de Planta
▬ Energía Firme GWh
Energía Firme/Energía Media
▬ Potencia Firme Sin RH
También para cada uno de los posibles caudales de
diseño se ha considerado el costo de inversión del
proyecto (y su anualidad para la tasa aceptada) y los
costos de operación y mantenimiento, además de otros
costos fijos como el canon del uso del agua y cargos
cobrados por regulador y operador del sistema. Es
así como se tuvieron todos los parámetros para poder
calcular el definido índice costo/beneficio que sirve para
optimizar el caudal de diseño desde el punto de vista
del costo de la energía, y también los ingresos medios
del proyecto por ventas de energía y potencia según los
mecanismos vigentes en Perú sin considerar el nicho
RER en esta caso.
En la siguiente figura se muestra dicho análisis, donde el
caudal de diseño que minimiza el índice costo/beneficio
es de 29.3m³/s, equivalente a unos 20 MW de potencia
instalada, asegura un proyecto competitivo en cuanto al
costo de producción de su energía. Adicionalmente, el
punto donde ICB iguala el ingreso medio (intersección
entre ambas curvas) corresponde a un caudal de 46.3
m³/s con una tasa interna de retorno del orden de 9% y
para un proyecto de potencia instalada mayor de 32.4
MW. Proyectos con caudales de diseño superiores a
46.3 m³/s (mayores que 32.4 MW de potencia instalada)
no serían ya razonables dado que los ingresos medios
resultan inferiores al costo de producción resultando
bajas rentas.
Costo/Beneficio vs. Ingreso Medio Rentabilidad de una Central Hidroeléctrica sin
Regulación Horaria - Régimen Normal
Disponer o no de regulación horaria en un embalse no
mejora la producción de energía media ni la producción
de energía firme anual, ya que solo con un embalse tipo
estacional se podrían aumentar estas energías ya que
evita posibles vertidos durante períodos de avenida y
permite utilizar esa agua en otro mes.
Otra característica remunerable usualmente es la
potencia firme del proyecto, que, en el caso sin regulación
horaria, alcanza un tope cerca de 21MW como límite,
incluso para mayores caudales de diseño que 30m³/s,
10
▬ Ingreso Medio sin RER (US$/MWh)
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
▬ ICB (US$/MWh)
TIR sin RER (después de IR)
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Esto evidencia que los precios de mercado vigentes, no
cubren las inversiones requeridas para el desarrollo de
proyectos con potencia instalada mayor a 32.4 MW.
Costo/Beneficio vs. Ingreso Medio Rentabilidad de una Central Hidroeléctrica
Regulación Horaria - Régimen Normal
Se muestra a continuación, similar análisis, pero
incluyendo ventas de energía bajo sistema RER para
potencias menores o iguales a los 20 MW admitidos
siempre sin considerar aún regulación horaria.
Costo/Beneficio vs. Ingreso Medio Rentabilidad de una Central Hidroeléctrica sin
Reg.Hor. - Régimen RER para capacidad menor
a 20MW (Qdiseño < 29.3m3/s)
▬ Ingreso Medio sin RER (US$/MWh)
▬ ICB (US$/MWh)
TIR (después de IR)
Ahora el punto donde el ICB iguala el ingreso medio
corresponde a unos 50.6m³/s para un proyecto de
potencia instalada de 35.5 MW y aumenta el rango de
posibles caudales de diseño gracias a la consideración
de la regulación horaria que permite estabilizar
ingresos en este análisis.
▬ ICB (US$/MWh)
▬ Ingreso Medio (US$/MWh)
TIR (después de IR)
Queda evidenciado que el régimen RER viabiliza el
desarrollo de proyectos con potencia menor a 20MW
respecto al régimen normal, lo que da los mejores
ingresos medios obtenidos con el consiguiente aumento
de rentabilidad para caudales menores a 29.3 m³/s.
En el caso de incluir el diseño de un embalse con
regulación horaria (ver siguiente figura), la potencia
firme del proyecto queda limitada a cerca de 72MW, lo
que mejora la situación anterior sin regulación, aunque
mayores incrementos de capacidad instalada ya no
agregan capacidad firme.
Proyecto con Regulación Horaria
Potencia Instalada / Potencia Firme /
Volumen Óptimo del Embalse de RH
▬ Potencia Firme con RH
▬ Potencia Instalada con RH MW
▬ Volumen Embalse Millones m3
Repitiendo los análisis, pero considerando también ahora
el costo de inversión de la presa horaria de regulación
para cada caudal de diseño, se obtienen las siguientes
curvas de ICB e ingreso medio.
12
Principales conclusiones de los análisis realizados para
determinar el caudal óptimo para una hidroeléctrica
que evite subaprovechar los recursos primarios:
- Es aconsejable la selección de sitios donde la relación
índice costo/beneficio sea reducida, lo que se logra
con distintas opciones como mejorar la regulación
estacional para aumentar la energía generable,
pero con el agravante de subir costos de presa y
costos ambientales. Otra opción es hacer eficientes
los costos de CAPEX/OPEX, para lo cual resulta
conveniente la selección de obras con gran salto y
reducida longitud de conducción. Alternativamente,
también pueden ser exploradas opciones de inversión
del estado o compartidas con privados para admitir
menores rentabilidades requeridas por el proyecto y
así mitigar posibles limitaciones al financiamiento de
grandes obras.
- Desde el punto de vista del mercado donde se instala el
proyecto, se deberían lograr condiciones para mejorar
los ingresos del aprovechamiento. Opciones como
permitir mayores ingresos en licitaciones específicas
competitivas, aumentar precios techo admitidos
en los procesos o mejorar regulación estacional
para incrementar la potencia firme reconocida para
aumentar ventas de potencia.
- Por otra parte, mediante una evaluación social del
proyecto, se pueden obtener caudales de diseño
alternativos. Aceptar como beneficio del proyecto el
llamado “costo evitado”, que es el costo que el sistema
en conjunto deja de tener gracias a la ejecución del
proyecto, como la variación del uso de combustible
del sistema más la valorización de la posible falla
al costo de la energía no servida. Adicionalmente,
la consideración de beneficios ambientales y las
externalidades netas positivas deberían también ser
consideradas.
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
ENERGÍA & MECÁNICA
LA MASIFICACIÓN EN EL USO DEL GAS NATURAL
POR MEDIO DEL GNL Y DEL GNC
“UNA POLÍTiCA DE ESTADO”
Ing. José Armas Solf
E
l fin supremo de toda actividad económica debe
ser el ser humano. Estamos comprometidos
a brindarle mejores condiciones de vida y
oportunidades de progreso y desarrollo. Este
debe ser nuestro objetivo como gobierno, como sociedad
y como Colegio de Ingenieros.
Proporcionar energía a precios adecuados en cualquier
parte del territorio del país es señal de inclusión, de
bienestar y de oportunidades. No basta con iluminar una
casa; hay que darle la suficiente energía para que pueda
emprender y labrarse un mejor futuro. El objetivo es,
entonces, “la energización del país”.
Como país, tenemos que trazarnos la meta de llevar la
energía hasta las casas más pobres del cinturón de las
ciudades y los pueblitos más pequeños de nuestra costa,
sierra y selva. Para ello, nos planteamos hacer uso del rol
subsidiario del Estado, ya que permitirá llevar la energía
hasta lugares donde la empresa privada no puede llegar
por razones económicas.
No le podemos pedir a una empresa, sea privada
o estatal, que pierda dinero y ponga en riesgo su
estabilidad; el Estado debe asumir la tarea, en algunos
casos como una actividad empresarial directa y, en otros,
con facilidades para que el ciudadano pueda acceder a
las fuentes de energía a través de la empresa privada.
Algo de esto sucede en la electrificación rural y ahora es
necesario llevarlo a la energización del interior del país.
plantear opciones para lograr este objetivo. No es fácil,
pero con creatividad e ingenio, propio de los ingenieros,
lo podemos lograr.
El primer paso es promover la utilización del gas natural
en el transporte pesado, la minería, la agroindustria y la
pesca. Este camino es fundamental para reducir nuestro
consumo de petróleo, en lo que somos deficitarios, con
pocas perspectivas de encontrar en los diferentes lotes
petroleros que queremos entregar en concesión. La
forma de atender estos mercados es con gas natural
licuado (GNL), que puede ser utilizado con tanques de
almacenamiento relativamente pequeños en vehículos
y embarcaciones, a los que les permiten una razonable
autonomía en kilómetros de recorrido. Asimismo, el
GNL permite el almacenamiento por periodos de tiempo
grandes, para tener las reservas necesarias cuando
existan picos de demanda, como en el caso de la pesca
o de la agroindustria.
Por último, gracias a su facilidad de transporte en
semirremolques cisternas, podemos poner una red
completa de estaciones de servicio a todo lo largo
y ancho de nuestro territorio, las que que en algunos
casos pueden despachar GNC para vehículos menores,
como taxis y autos particulares. Además, se adapta
para estaciones de uso propio para las empresas de
transporte, empresas mineras y estaciones flotantes
para las embarcaciones.
EL GAS NATURAL COMO ALTERNATIVA DE
INCLUSIÓN Y ENERGIZACIÓN DEL PERÚ
Esta oportunidad la tenemos con el gas de Camisea,
cuyas reservas del lote 88 son suficientes para alcanzar
los lugares más remotos y lograr la inclusión energética
que todos debemos perseguir. Ya lo está planificando
Bolivia con su política de masificación del gas, ya sea
con ductos, con gas natural licuado (GNL) o con gas
natural comprimido (GNC). Algo parecido debe buscar
el Perú y nosotros, en el Comité Técnico de Gas del
Colegio de Ingenieros, nos hemos puesto la meta de
14
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
HAMEK Ingenieros Asociados S.A.C. es una empresa peruana Consultora,
Supervisora y Ejecutora de Obras, pruebas operativas y servicios de medición
especializada en Energía y Medio Ambiente; para ello cuenta con un selecto
staff de profesionales que se mantienen en permanente capacitación,
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ENERGÍA & MECÁNICA
los gobiernos locales y regionales. En este caso, el
rol subsidiario residiría en cubrir el costo de tendido
de ductos en pequeñas localidades a través del FISE
(Fondo de Inclusión Energética) u otro fondo por crearse.
Por último, debe tener una política de fomento a
las conversiones de vehículos, máquinas, trenes y
embarcaciones apoyando la implementación de nuevas
tecnologías y financiando algunas de estas conversiones,
como se hizo al comienzo con el GNV. No debemos
olvidar la conversión de la flota del Estado.
Masificación del gas natural
Con pequeñas plantas de licuefacción de gas natural
para los mercados antes mencionados, que justifiquen
comercialmente su funcionamiento, podemos y
debemos destinar una parte de esta producción a
localidades que no se puedan abastecer por los ductos
troncales de transporte de gas natural. Así podremos
llegar a pequeñas ciudades y, a partir de plantas de
regasificación, podremos tender redes que lleguen a
las casas y a los pequeños negocios.
¿CUÁL DEBE SER EL ROL SUBSIDIARIO DEL
ESTADO?
En primer término, promover la instalación de plantas
de microlicuefacción y otorgar una cuota del gas de
Camisea. Como el mercado se formará lentamente,
debe fijarse un precio de promoción igual al precio de las
generadoras eléctricas por un determinado periodo de
tiempo, tal como se hizo con el GNV. El rol subsidiario
consistiría en disminuir las regalías por el menor precio
de comercialización del gas natural para licuarlo.
En segundo lugar, destinar parte de la producción de
estas miniplantas para su distribución en pequeñas
ciudades y poblados, financiando las redes de distribución
y las conexiones domiciliarias en combinación con
¿QUÉ LOGRAREMOS CON ESTO?
Generaremos la oferta de gas natural en todo el
territorio nacional, desde las pequeñas caletas de la
costa hasta las comunidades indígenas de la sierra
y selva. Reduciremos los precios de la energía, tanto
en los ámbitos residencial, vehicular y comercial.
Generaremos la creación de empresas que no solo
sean extractoras de materias primas, sino también
industrializadoras de nuestros recursos agropecuarios,
mineros y pesqueros.
Luego de generada la oferta, la demanda se irá formando
gracias al precio del gas natural y al conocimiento
de la simplicidad del transporte, almacenamiento y
regasificación del GNL y también por su facilidad de ser
convertido en GNC. Una vez generada una demanda,
se podrá planificar la construcción de los ductos de
distribución de gas natural que el país debe tener para
garantizar la disponibilidad de este combustible y la
seguridad energética que queremos lograr.
Si el gobierno, por medio de una política de Estado,
no interviene con su rol subsidiario, no se podrá lograr
la masificación en el uso del gas natural. La empresa
privada no lo puede lograr sin esta labor de promoción
que debe hacer el estado peruano. Nuestros jóvenes
y la siguiente generación agradecerá este esfuerzo de
energización del Perú.
LNG-Gas natural líquido
16
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
Masificación del gas natural
ENERGÍA & MECÁNICA
L
PROTECCIÓN ANTE DETECCIÓN
EN CASO DE VOLTAJE DE CARCAZA
EN LA CARGA REMOTA Y MONITOREO
CONSTANTE DEL CABLE DE TIERRA
as personas a menudo asumen que
cualquier objeto conectado a tierra puede
ser tocado con seguridad. Una baja
resistencia a tierra de una subestación no
es, una garantía de seguridad. No hay una relación
simple entre la resistencia a tierra del sistema en
su conjunto y la corriente máxima de choque a
la que una persona puede estar expuesta. Por
lo tanto, una subestación de resistencia a tierra
relativamente bajo puede ser peligroso, mientras
que otra subestación con muy alta resistencia
puede ser seguro o puede ser asegurada por un
diseño cuidadoso.
Por ejemplo, si una subestación se suministra
desde una línea aérea sin blindaje o cable neutro,
una malla de baja resistencia es importante.
La mayor parte o la totalidad de la corriente total de
una falla a tierra entra a la superficie provocando
una subida rápida y empinada del potencial de
tierra local [véase la siguiente figura].
lo largo de la superficie de la tierra pueden ser
de magnitud suficiente para poner en peligro
a una persona en la zona. Por otra parte, las
tensiones peligrosas pueden desarrollar entre las
estructuras a tierra o marcos de equipos y la tierra
en las inmediaciones.
Las posibles circunstancias que ocasionan los
accidentes por descargas eléctricas son los
siguientes:
► Relativamente alta corriente de falla a tierra
en relación con el área del sistema de tierra y su
resistencia a la tierra remota.
► Resistividad del suelo y la distribución de
corrientes a tierra de tal manera que los altos
gradientes de potencial pueden ocurrir en los
puntos de la superficie de tierra.
► La presencia de un
individuo en un punto,
tiempo y posición
en que el cuerpo
cierra dos puntos
con alta diferencia de
potencial.
► Duración de la falla
y el contacto con el cuerpo humano; por lo que,
circula un flujo de corriente a través de él durante
un tiempo suficiente para causar daño.
CONDICIONES DE PELIGRO ANTE UNA FALLA
A TIERRA:
En condiciones típicas de falla a tierra, el flujo
de corriente a la tierra producirá gradientes de
potencial dentro y alrededor de una subestación.
Si no se toman las debidas precauciones en el
diseño de la malla y la implementación de equipos
de protección, durante las condiciones de falla a
tierra los gradientes de potenciales máximos a
ELEVACIÓN DEL POTENCIAL A TIERRA Y
TENSIÓN DE FALLA A TIERRA:
ANSI/IEEE 80 define como la elevación del
potencial a tierra “al máximo voltaje que una
subestación aterrada con una malla de puesta a
tierra puede alcanzar con respecto a un punto de
puesta a tierra distante asumiendo que se encuentra
al potencial de tierra remota”. La siguiente figura
nos ayuda a ilustrar mejor la elevación del potencial
a tierra y la tensión de falla a tierra.
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
17
ENERGÍA & MECÁNICA
ZONAS
LÍMITES
EFECTOS FISIOLÓGICOS
AC-1
Hasta
0.5mA
Curva A
Posible Percepción, pero por lo general
no hay reacción de sobresalto.
AC-2
AC-3
► La elevación del potencial a tierra en la
Subestación Móvil es igual al producto de la
corriente en A (IA) y la resistencia a tierra de la
Subestación (RS2). Esta elevación del potencial
a tierra será transferida a través de los cables
de servicio móvil a la estructura del equipo móvil
instalado.
► Ante una eventual presencia de falla a tierra, la
corriente IB es igual a la tensión de fase en el
secundario del transformador móvil dividido por
el valor de la resistencia conectada del neutro a
tierra (R2).
► El voltaje de falla a tierra en la estructura del
equipo móvil alimentado a través del cable de
servicio es igual al producto de IB y la resistencia
del cable a tierra (RGW).
La persona tocando la estructura del equipo móvil
alimentado por el cable de servicio será expuesto
a la transferencia de la elevación del potencial a
tierra cuando la falla en A ocurra y a una tensión
de falla a tierra cuando ocurra una falla en B.
IMPACTO FISIOLÓGICO DE LA CORRIENTE
SOBRE EL CUERPO HUMANO, SEGÚN IEC
60479-1:
AC-41)
Percepción e involuntarias
contracciones musculares, pero por
lo general no hay efectos eléctricosfisiológicos nocivos.
Fuertes contracciones musculares
involuntarias. Dificultad para
Curva B y
respirar. Alteraciones reversibles del
superior
funcionamiento del corazón. Puede
ocurrir inmovilización.
Pueden ocurrir efectos fisiopatológicos
como un paro cardíaco, paro de
Superior de
respiración, quemaduras u otros daños
la Curva:
celulares. La probabilidad de fibrilación
C1
ventricular aumenta con la magnitud
de la corriente y el tiempo.
AC-4.1 La Probabilidad de fibrilación
ventricular aumenta aproximadamente
C 1 - C2
hasta un 5%
AC-4.2 La Probabilidad de fibrilación
ventricular aumenta aproximadamente
C 2 - C3
hasta un 50%
AC-4.3 La Probabilidad de fibrilación
C4
ventricular es por encima de 50%
De 0.5mA
hasta la
Curva B
CRITERIO DE LA TENSIÓN TOLERABLE:
La curva aquí mostrada se refiere a la curva
de seguridad tiempo-tensión tomada de la
publicación de IEC.
Para tensiones menores a 50 V, el tiempo de tolerancia
es infinito. Para tensiones de 50 V el tiempo de
tolerancia es de 5 Seg. Por lo tanto, si la protección
contra contacto indirecto se logra mediante la
desconexión automática del circuito, es necesario
asegurar que la apertura se realice cumpliendo
con esta curva de seguridad tensión-tiempo
(para cualquier sistema de distribución)
La seguridad de una persona depende de la
prevención de la cantidad crítica de energía
de choque que se absorba antes de que la
falla se borre y el sistema sea desenergizado.
La tensión de excitación máxima de cualquier
circuito accidental no debe exceder de los límites
definidos de la siguiente manera.
Tensión de toque límite es:
Para el peso corporal de 50kg.
Zonas tiempo-corriente para corrientes
alternas (15 a 100Hz), trayecto mano izquierda a pies.
18
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
ENERGÍA & MECÁNICA
integridad de la conexión a tierra de los equipos
energizados.
Para el peso corporal de 70kg.
Dónde,
Estep : Tensión de toque en V.
Resistencia del cuerpo humano
RB
:
1000Ω.
Resistividad del material de la superficie
ƿs
:
en Ω.m.
Duración de la corriente de choque en
ts
:
segundos.
Espesor del material de la superficie en
hs
:
metros.
Cs
: Factor de derrateo de la capa superficial:
EL RELÉ “GCHK-100” DE I-GARD ES UNA
EXCELENTE SOLUCIÓN PARA LA PROTECCIÓN
AL PERSONAL ANTE FALLAS A TIERRA:
Protegé en contra de fallas monofásicas a tierra,
contra voltajes peligrosos en carcazas de las
cargas y realiza un monitoreo constante del
cable de tierra.
► El “GCHK-100” realiza un monitoreo de la
puesta a tierra a través de un hilo piloto (Via
impedancia del cable a tierra – Rev. Nota2).
Detección de voltaje de carcaza
(FRAME VOLTAGE)
► En caso de una falla a tierra y fugas internas
dentro del equipo móvil, es posible que la
carcaza del equipo se convierta en un circuito
vivo.
► El “GCHK-100” realiza la detección y disparo
en caso de voltaje de carcaza en la carga remota
(desde 40V).
► La detección de voltaje opera en un tiempo de
100 ms, y en un tiempo de 30 ms si el voltaje en
la carcaza excede de los 100V AC (Rev. Nota1).
El “GCHK-100” no hace uso de señales de
radiofrecuencia que provocan interferencia,
presenta un gabinete robusto metálico para
ambiente agresivo y es ideal para uso en
subestaciones móviles.
Nota:
1) Según la IEC 60479-1 “Effects of current
on human beings and livestock – Part1” nos
indica que:
Para contactos indirectos a tensiones de 50 V
el tiempo de tolerancia es de 5 Seg (Según la
curva de seguridad tiempo-tensión).
Detección de Fallas a Tierra
► Las fallas monofásicas representan cerca del
98% de todas las fallas.
► El “GCHK-100” realiza la detección y disparo
en caso de falla a tierra (ajuste desde 0.25 A y
0.02 seg).
Chequeo de cable de tierra (GROUND
CHECK)
► La seguridad del operador ante una descarga
eléctrica en gran medida depende de la
2) Según el Código Peruano 308-2001 “Uso de
la Electricidad en Minas” en la sección 3.5.5
nos indica que:
Cuando se use el monitoreo del conductor de
tierra, la fuente será desenergizada en menos
de 0.5 seg, y no se llegue a ser energizado si:
a) El conductor de tierra este abierto;
b) El conductor por retorno a tierra este abierto;
o
c) El conductor de tierra se cortocircuite a tierra.
Un sistema con monitoreo del conductor de
tierra debetener un voltaje de circuito abierto de
menos de 100 V y debe indicar constantemente
la continuidad del circuito de tierra.
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
19
ENERGÍA & MECÁNICA
Inauguración de la cita técnica por el Ing. Ricardo Santillan - Presidente CIME
SIEMENS
Answers for Industry 2015
P
Soluciones tecnológicas que Siemens
ofrece como respuesta a las más altas
exigencias de la industria moderna
or segundo año consecutivo se llevó a cabo
el evento Answers for Industry, presentado
por la empresa SIEMENS, en las
instalaciones del Consejo Departamental
de Lima del Colegio de Ingenieros del Perú.
Answers for Industry se realizó del 8 al 11 de
setiembre, organizado por el Capítulo de Ingeniería
Mecánica y Mecánica Eléctrica (CIME-CDL-CIP)
que preside el Ing. Ricardo Santillán Chumpitaz.
Por segunda vez consecutiva, se posiciona como
el evento tecnológico del año y concita el interés de
los profesionales que acuden masivamente a una
intensiva semana de presentaciones, ponencias y
charlas con expertos nacionales y extranjeros y
una completa exhibición de las más innovadoras
soluciones tecnológicas para todos los sectores
de la industria peruana.
Cada día, el evento presentó dos exposiciones en su programación:
Martes 08:
Jueves 10:
- Eficiencia y calidad de energía en máquinas y
accionamientos eléctricos
- Soluciones eficientes para aplicación de molienda
- Tecnologías de vanguardia para la medición de
nivel y sus aplicaciones en la industria
- Diseño de instalaciones conforme a las normativas
de compatibilidad electromagnética
Miércoles 09:
- Sistemas de accionamientos mecánicos en minería y
cemento
- Técnicas de mantenimiento proactivo de máquinas
rotativas
20
Viernes 11:
- Conceptos de seguridad para máquinas y procesos
- La fábrica digital: de la idea del producto a la realidad
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
ENERGÍA & MECÁNICA
CONFERENCIAS
Los 4 días el evento contó con la asistencia masiva de los profesionales
Expositor del evento técnico
Presentación de Conferencia
Se contó con especialistas por áreas
Conferencista
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
21
ENERGÍA & MECÁNICA
soluciones tecnológicas
Público asistente a la exhibición tecnológica
Exhibición de Innovadoras soluciones tecnológicas
Centro de control de motores
Soluciones de Automatización
clausura del evento
Clausura del evento técnico - Ing. Óscar Rafael Anyosa - Decano CDL
22
Reconocimientos, de izquierda a derecha: El Sr. Adrián Magra - Country
división lead, Digital factory división & process industries and drives division - Siemens.
Ing. Ricardo Santillán - Presidente CIME; y el Ing. Oscar Rafael Anyosa - Decano CDL CIP
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
Descárgala hoy mismo!
ENERGÍA & MECÁNICA
XXV Congreso Panamericano de Ingeniería Mecánica,
Eléctrica, Industrial y Ramas Afines COPIMERA 2015
08-10 Octubre, 2015, Tegucigalpa, Honduras
ASIGNACIÓN DE PÉRDIDAS EN SISTEMAS de
dISTRIBUCIÓN RADIAL BASADOS EN TEORÍA DE
CIRCUITOS Y EL MÉTODO DE AUMANN-SHAPLEY
(PREMIO GANADOR xxi CONIMERA, 24 - 26 JUNIO 2015)
Yuri Percy Molina Rodríguez
João Pessoa, Paraíba, Brasil
Email:[email protected]
Juan Laura Lazo
Lima, Perú
Email: [email protected]
Igor Henrique Pinheiro da Silva
João Pessoa, Paraíba, Brasil
Email: [email protected]
RESUMEN
Este trabajo propone una nueva metodología para la
determinación de la responsabilidad de cada usuario en
las pérdidas eléctricas en redes de distribución radial.
La principal dificultad que se enfrenta en la asignación
de responsabilidad por las pérdidas eléctricas es la no
linealidad entre las pérdidas y la potencia entregada,
lo que hace complicado determinar el impacto de la
carga de cada usuario en las pérdidas eléctricas en
la red. Sin embargo, se sabe que la ubicación de las
cargas en la red contribuye significativamente en el
aumento o disminución de las pérdidas eléctricas del
sistema; es decir, la influencia de las cargas en las
pérdidas eléctricas varía en función de las potencias
consumidas en cada tramo de la red. Asimismo, se
debe tener en cuenta también el impacto del flujo de
potencia reactiva en las pérdidas eléctricas, en lugar
de solo considerar las pérdidas originadas por el flujo
de potencia activa en la red.
La metodología propuesta utiliza la teoría de juegos,
específicamente, el método de Aumann-Shapley, que
desarrolla la relación entre las pérdidas complejas de
la línea, el flujo en la línea según la ubicación de las
cargas y el consumo de las cargas de una fuente
cualquiera. Para determinar estas relaciones, este
trabajo formula un método que permite un análisis
separado de los efectos de las corrientes reales e
imaginarias (también llamados “componentes de
24
corrientes”) en las pérdidas del sistema mientras que
fluyen hacia las cargas.
Palabras clave:
Asignación de pérdidas eléctricas, componentes
de corriente, leyes de circuito, método de AumannShapley, redes de distribución.
Nomenclatura
La notación utilizada a lo largo de este trabajo está
detallada a continuación para una referencia rápida.
A. Teoría de Juegos
Probabilidad de ocurrencia de la
P(Ω) :
coalición Ω.
N
: Grupo de agentes en el juego.
C(Ω) : Costo de la coalición Ω.
Ci
: Costo asignado al agente i.
nN
: Número de agentes del conjunto N.
nΩ
: Número de agentes en la coalición Ω.
Δbi
: Valor infinitesimal de bi.
C(b) : Costo evaluado con b igual a b.
bi
: Participación correspondiente al agente i.
Costo unitario de Aumann-Shapley para
Uci
:
el agente i.
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
ENERGÍA & MECÁNICA
B . Te o r í a d e J u e g o s a p l i c a d a a l a
asignación de pérdidas eléctricas en
redes de distribución radial
Skm
:
Ikm
Zkm
rkm
xkm
:
:
:
:
I k-m
Lj
:
ILji
:
UP
km
Ljr
:
UP
km
Lji
:
TP
km
Ljr
:
TP
km
Lji
:
TP
km
Lj
:
N(k-m) :
Flujo de potencia compleja a través del
ramal k-m calculado en la barra k.
Corriente a través de la línea k-m.
Impedancia del ramal km.
Resistencia del ramal km.
Reactancia del ramal km.
Corriente compleja que circula a través
del ramal k-m debido a la corriente
equivalente de la carga j.
Parte imaginaria de la corriente de carga
en la barra j.
Participación unitaria de ILjr en la línea
k-m.
Participación unitaria de ILji en la línea
k-m.
Participación total del agente ILjr en las
pérdidas complejas de la línea k-m.
Participación total del agente ILji en las
pérdidas complejas de la línea k-m.
Participación total del agente ILj en las
pérdidas complejas de la línea k-m.
Número de cargas aguas abajo
conectadas al ramal k-m.
I. INTRODUCCIÓN
La transformación, durante los últimos años, de
la industria eléctrica a nivel mundial ha estado
orientada a fomentar la competencia y la reducción
de los precios, a mejorar la eficiencia y la calidad,
y a generar una mejora global de la industria.
Estos cambios han tenido como objetivo principal
acabar con la estructura integrada, monopolizadora,
proteccionista y vertical de la industria eléctrica, y han
proporcionado una oportunidad para la participación
de agentes privados en las actividades que, hasta
ese entonces, solo eran reservadas para el estado.
La actividad eléctrica fue dividida en tres segmentos:
generación, transmisión y distribución. Asimismo, se
establecieron dos sistemas de precios: uno regulado
para las actividades que por sus características no
pudieran realizarse en condiciones de competencia
y uno libre para aquellas actividades que pudieran
realizarse en condiciones de competencia.
A diferencia de la generación y la comercialización
de energía eléctrica, las actividades de transmisión
y distribución generalmente son consideradas como
un monopolio natural. Los costos de tales actividades
necesitan ser asignados a los usuarios de estas
redes; la asignación puede realizarse aplicando
tarifas por el uso de la red, con un enfoque en el
verdadero impacto que estos tienen en dichos costos.
Las pérdidas de energía son, entre otros, uno de los
costos que deben ser asignados.
Los sistemas de distribución se caracterizan por su
topología radial, baja tensión y pérdidas eléctricas
significativas. Estas pérdidas eléctricas deben
distribuirse adecuadamente entre las barras. La
mayoría de los métodos de asignación de la pérdida
se han desarrollado para redes de transmisión. La
principal dificultad que enfrentan en la asignación de
las pérdidas es la no linealidad entre las pérdidas y
la potencia suministrada que dificulta determinar el
impacto de cada usuario en las pérdidas de la red.
Diferentes métodos se presentan en la literatura
técnica para la asignación de las pérdidas, la mayoría
de ellos dedicado a las redes de transmisión. Otra
dificultad está relacionada con la operación de las redes
de distribución de baja tensión y altas proporciones
de r/x. Como consecuencia, la asignación de la
pérdida está fuertemente influenciada por el flujo de
corrientes tanto activas como reactivas, por lo que la
influencia mutua entre los flujos de corriente activa y
reactiva resulta ser un factor importante que se debe
tener en cuenta para determinar las contribuciones
de cada una de las cargas.
Actualmente, las tendencias de los nuevos esquemas
regulatorios se basan en incentivos en el que la
no discriminación y el libre acceso a las redes de
distribución son fundamentales para el proceso
de reforma. Desafortunadamente, esta política
de libre acceso debe ser aplicada sobre redes de
distribución que producen pérdidas de energía. Por
ello, estas pérdidas deben ser asignadas en forma
transparente entre los consumidores, más aun si se
tiene en cuenta que actualmente existe una creciente
penetración de cargas de generación distribuida. Las
pérdidas eléctricas tienen un comportamiento no
lineal respecto a los flujos de potencia y resulta difícil
determinar la responsabilidad de cada inyección de
potencia en las pérdidas globales del sistema.
Tradicionalmente, las pérdidas en la red de distribución
se han asignado mediante el procedimiento de
prorrateo, en el que las pérdidas se asignan a cada
agente en proporción a los MW consumidos [1]. Este
método es fácil de calcular; sin embargo, los agentes
de las redes de distribución no se representan
solamente por sus consumos de potencia activa.
Como resultado, este método proporciona señales
económicas incorrectas a los usuarios del sistema [2].
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
25
ENERGÍA & MECÁNICA
Algunos métodos basados en el flujo se han
presentado y revisado en [3] [4]. Estos métodos
suelen combinar los resultados de flujos de potencia
con el principio de reparto proporcional. Se identifica
la distribución de los flujos en la red y se asume que
cada MW que sale de un nodo contiene la misma
proporción de los flujos que entran en este nodo.
Presenta la desventaja de utilizar demasiados
supuestos. Las pérdidas asignadas a un cliente,
resultan de la suma de las pérdidas asignadas en
cada ramal.
participación o la responsabilidad (de ahora en
adelante, el costo) de cada jugador se calcula cuando
es el primero en entrar en el juego, el segundo, el
tercero y así sucesivamente. El valor promedio de los
costos incrementales en cada orden de permutación
determina el costo de cada agente. De esta manera,
la influencia del orden de entrada en el reparto del
costo es eliminada.
El valor de Shapley puede interpretarse como el valor
promedio de los costos incrementales incluyendo al
agente que considera todas las subcoaliciones que
no contienen este agente en particular, incluyendo la
subcoalición vacía. Suponiendo que las probabilidades
de ocurrencia de subcoaliciones de varios tamaños
son los mismos, la asignación se define formalmente a
través de la expresión analítica siguiente:
En [5], se utilizó un algoritmo para asignar pérdidas
activas y reactivas basadas en trazar el complejo flujo
de potencia a través de la red, y la determinación
de la proporción de cada fuente en el flujo y las
pérdidas a través de cada rama. El acoplamiento
entre la potencia activa y reactiva, así como el efecto
=
Ci
P(Ω)(C (Ω + i ) − C (Ω))
transversal en pérdidas complejas, se enfatiza. Esto
Ω⊆ N
(1)
significa que un flujo de potencia activa (reactivo)
no sólo puede causar pérdidas activas (reactivos).
Basado en conceptos probabilísticos:
Por lo tanto, el flujo de potencia activa influye en las
(nΩ )!(nN − nΩ − 1)!
pérdidas reactivas, así como la influencia
del flujo
=
Ci
(C (Ω + i ) − C (Ω))
(nN )!
Ω⊆ N
de potencia reactiva en las pérdidas activas, que no
(2)
pueden ser ignoradas en el proceso de asignación de
las pérdidas eléctricas entre los usuarios de las redes
Con la aplicación del valor de Shapley, se obtienen
de distribución radial.
resultados plausibles y la solución se considera
∑
∑
II.ASIGNACIóN DE COSTOS MEDIANTE TEORíA
DE JUEGOS
La teoría de juegos es ampliamente reconocida como
una herramienta importante en muchos campos, con
aplicaciones prácticas a los problemas sociales,
económicos, políticos, biológicos y otros. En el
sector eléctrico, la teoría de juegos se ha aplicado
ampliamente para varios problemas, especialmente
los problemas de asignación. A continuación, se
revisan dos métodos de asignación de costos.
intuitivamente “justa”, ya que todos los agentes
tienen la misma oportunidad de estar en las mejores
y peores posiciones de orden. Sin embargo, debido
a su naturaleza combinatoria, el problema crece
exponencialmente con el número de agentes y el
método se convierte en computacionalmente inviable.
Por ejemplo, el número total de permutaciones para el
caso de n agentes es igual a N! (hay aproximadamente
3.628 800 permutaciones posibles para diez agentes).
B. MÉTODO DE AUMANN-SHAPLEY
Es el valor promedio de la contribución incremental
si todas las órdenes de entrada son asumidas
igualmente. El método de Shapley puede ser
visto como una extensión del método de costos
incrementales, considerando todas las secuencias
de entrada de los agentes de la coalición. El valor
final asignado a cada agente se obtiene tomando el
promedio de los costos asignados para cada una de
las posibles secuencias de entrada.
El método de Aumann-Shapley se presenta como
una consecuencia lógica del método de Shapley,
surgió de la idea de “dividir” los recursos de cada
agente en varios segmentos infinitesimales y aplicar
el método de Shapley a cada segmento, como si
cada segmento representase un agente individual.
La sensibilidad al orden de entrada de los agentes
se mejora y se introducen características deseables
en términos de coherencia económica e isonomía, lo
cual lo convierte en un método más completo que el
de Shapley.
El
el
de
en
A primera vista, el esfuerzo computacional sería
aún mayor que en el método de valor de Shapley
debido al aumento significativo en el número de
combinaciones. Sin embargo, se puede utilizar una
A. MÉTODO DE VALOR DE SHAPLEY
método de Shapley realiza permutaciones en
orden de entrada de los jugadores, tratando
examinar todas las posibles combinaciones
el juego. El costo, la ganancia, el beneficio, la
26
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
ENERGÍA & MECÁNICA
solución analítica cuando los agentes se dividen en
subagentes infinitesimales. Este método es el único
que satisface los axiomas fundamentales para la
asignación equitativa entre los agentes:
► Simetría: el costo asignado a cada jugador no
depende del orden de entrada de los jugadores.
► Eficacia: la suma de los costos asignados a un
jugador individual es igual a la ganancia total (costo
total recuperado).
► Aditividad: la suma de los costos asignados a un
jugador que participa en dos juegos separadamente
es igual al costo asignado a dicho jugador cuando los
dos juegos se realizan al mismo tiempo.
► Isonomía: la suma de los costos asignados para
los dos jugadores que tienen la misma influencia en
la función costo debe tener la misma participación
unitaria.
Para proporcionar una ilustración del método intuitivo
Aumann-Shapley, se considera que una cierta cantidad
de servicio b está siendo solicitado por todos los
agentes. En este punto, el costo de este servicio será
igual a C(b). Teniendo en cuenta que un agente dado
i solicita un aumento en la cantidad de servicio igual a
Δbi, como consecuencia, el costo del servicio sufrirá
un incremento de C(b) a C(b+ Δbi). El costo adicional
causado por este agente es C(b + Δbi) - C (b).
Como se explica en el párrafo anterior, el orden de
entrada afecta a la asignación de costos; por lo tanto,
el orden en que los agentes solicitan cantidades
adicionales de servicio debería influenciar en la
asignación de costos. El problema puede ser resuelto
dividiendo cada agente en partes infinitesimales (Δbi
→ 0). Por lo tanto, el efecto en el nuevo subagente
Δbi en la función de costo es:
C (b* , ∆ i ) − C (b* ) ∂ C (b* )
≅
∆i
∂bi b =b*
(3)
Donde C(b*) es el costo evaluado con b igual b*,
y Δbi es el valor infinitesimal de bi. Es decir, el
costo adicional debido a Δbi es aproximadamente
igual al costo marginal. Bajo algunas condiciones
matemáticas [6], se puede ver que cuando el valor
de bi aumenta desde cero a su valor máximo, todos
los promedios de costos marginales tienden a un
valor conocido como el “costo unitario de AumannShapley”, que se expresa matemáticamente como:
1
∂ C (tb)
UCi = ∫
dt
∂bi
t =0
La ecuación (4) debe ser analítica o aplicada de forma
iterativa. Para algunos problemas es posible obtener
soluciones analíticas como las que se presentan en
este trabajo. Finalmente, el costo asignado a cada
agente i es:
Ci= bi ⋅ UCi
(5)
III. TEORÍA DE JUEGO APLICADO A LA
ASIGNACIÓN DE PÉRDIDAS EN REDES DE
DISTRIBUCIÓN
En la actualidad, las tendencias de los nuevos
sistemas de reglamentación se basan en incentivos
en el que la no discriminación y el libre acceso a las
redes de distribución son esenciales para el proceso
de reforma. Esta política cuando se aplica en los
sistemas de distribución conduce a un aumento
natural de las pérdidas. Estas pérdidas se deben
asignar de forma transparente entre los agentes de
la red.
El problema de la asignación consiste en determinar
la responsabilidad de los agentes para cada servicio
ofrecido o demandado por ellos, pues todos son
responsables, en alguna medida, de los costos
generados. En el caso de la asignación de pérdidas
eléctricas, consiste en determinar la responsabilidad
de cada agente en dichas pérdidas.
Para una mejor explicación, se considera el circuito
de la figura 1 en el cual se desarrollará el método
propuesto.
Las pérdidas complejas en un ramal de distribución,
tal como el de la figura 1, se pueden expresar como
una función de la corriente de carga que fluye a través
de la rama k-m.
Figura 1: Corrientes de carga que fluyen a través de la línea k-m
Desarrollando (6) y sustituyendo
(4)
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
27
ENERGÍA & MECÁNICA
Los términos de la expresión (7) pueden ser
reescritos como una función de las corrientes
reales e imaginarias de las cargas.
- Participación unitaria de ILji en la línea k-m.
Calculando la derivada e integrando (13), se tiene:
Descomponiendo la impedancia serie de la línea
ʓkm=rkm+jxkm, y desarrollando la ecuación (8), se
tiene:
Con el fin de asignar las pérdidas de distribución a
cada una de las cargas, se considera la corriente
de carga. Luego, se aplica el método de AumannShapley en el juego “asignación de pérdidas”
con n jugadores (IL1,…,ILj,…,ILn), que puede
ser expandido en 2n jugadores, al considerar
sus componentes real e imaginario como partes
independientes. Por lo tanto, el total de jugadores
son (IL1r, IL1i ..., ILjr, ILj +...+ ILnr, ILni). Para obtener la
participación unitaria de cada jugador, se utiliza (4).
Calculando la derivada e integrando (10), se tiene:
Finalmente, para determinar la participación total
del jugador ILjr en las pérdidas de la línea, la
participación unitaria es multiplicada por el número
de jugadores:
28
Finalmente, para determinar la participación total
del jugador ILji en las pérdidas de la línea, la
participación unitaria es multiplicada por el número
de jugadores:
La participación total del jugador ILJ en las pérdidas
de la línea, se obtiene de la suma de (12) y (15):
Reordenando (16), se tiene:
La expresión (17) es obtenida aplicando la teoría
de circuitos y el método de Aumann-Shapley, es
la participación del jugador ILJ en las pérdidas
complejas de la línea k-m. En esta expresión la
participación de las corrientes real e imaginaria es
explicita.
IV. APLICACIÓN DEL METODO PROPUESTO
A continuación, se muestran los resultados
obtenidos al aplicar la metodología propuesta,
comparándolas con los resultados de otras tres
metodologías existentes. Inicialmente se aplicará
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
ENERGÍA & MECÁNICA
en un circuito de prueba y posteriormente en un
alimentador de media tensión de una empresa de
distribución eléctrica del sur del país.
Donde:
A. Aplicación en circuito teórico de
prueba
Del mismo modo, la corriente a través del ramal 3-4 es:
En esta parte se presenta un ejemplo numérico
mediante el cual se podrá evaluar el desarrollo y la
validez de los resultados obtenidos con el método
propuesto. La metodología será aplicada en el
sistema de distribución de 11 kV de 30 nodos (figura
2), analizado en el artículo “Energy Loss Allocation
in Radial Distribution Systems: a Comparison
of Practical Algorithms” presentado en [7], lo
cual permitirá comparar y evaluar detalladamente
los resultados obtenidos con la metodología
propuesta respecto a los resultados obtenidos
mediante tres algoritmos alternativos, que son el
método de asignación de prorrateo basado en la
demanda de cada consumidor y los métodos de
asignación cuadrática y proporcional basados en
la identificación de la parte real y reactiva de la
corriente en cada ramal y en los que las pérdidas
son asignadas a cada consumidor.
Los datos de las líneas y las cargas para este
sistema se muestran en la tabla 1, los resultados
de los flujos a lo largo de la red se muestran en
la tabla 2. Las cargas consideradas son todas
del tipo industrial o comercial. Los datos del flujo
de carga efectuado previamente y sus resultados
son empleados como datos de entrada para la
aplicación del método propuesto y de los métodos
utilizados para las comparaciones respectivas.
A partir de estas ecuaciones, es posible identificar los
ramales y nodos aguas abajo de un ramal dado. De
la solución de un flujo de potencia, es fácil de calcular
las corrientes que circulan en los ramales. En [8] se
propone una metodología para la determinación
de los nodos aguas abajo de cada ramal. En este
documento, se utiliza parte de este algoritmo para
calcular la corriente de cada ramal en términos de la
corriente de sus nodos o cargas aguas abajo.
La expresión para la corriente que fluye en el ramal
k-m está dada por:
También definida como:
De las ecuaciones anteriores, se tiene:
Sustituyendo (23) en (17), la participación de la carga
p en las pérdidas del ramal k-m es:
Figura 2: Sistema de distribución con 30 nodos.
Para el sistema de distribución radial de 30 nodos, el
sentido del flujo de potencia va desde la subestación
o barra hacia las cargas. Por ejemplo, para el ramal
12-13, la corriente depende únicamente de la carga
13. Por lo tanto, la corriente a través de esta rama es:
Se puede observar que el componente real de la
carga p participa tanto en las pérdidas activas como
en las pérdidas reactivas de la línea k-m. Estas
participaciones pueden ser cuantificadas mediante las
ecuaciones (12) y (15).
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
29
ENERGÍA & MECÁNICA
Tabla 1 Datos de líneas y cargas de sistema de
distribución radial de 30 nodos.
método propuesto tienen asignados 4,39 kW y 4,63
kW respectivamente.
En este caso, se puede observar con mayor claridad
cómo varía la asignación de las pérdidas si se toma
en consideración la ubicación geográfica de las
cargas. Ello se ve en el cliente 1, ubicado en el nodo
2: según el método de prorrateo, le corresponde
20,58 kW a pesar de estar bastante cerca de la barra
de alimentación (fuente), mientras que con el método
propuesto, solo se le asignan 9,68 kW.
Tabla 2 Datos de flujos de potencia y resultados
obtenidos
1) Resultados obtenidos. En la tabla 3 y figura 3
se muestran los resultados obtenidos utilizando el
método propuesto, así como los resultados obtenidos
con los métodos de prorrateo, método de asignación
cuadrática y método de asignación proporcional.
Se verifica que el método propuesto toma en
consideración la ubicación de las cargas a lo largo de
la red, lo cual se ve claramente en el caso analizado
en el circuito de prueba, donde, a la carga en el nodo
2, según el método de prorrateo, le corresponde
13,69 kW a pesar de estar bastante cerca de la barra
de alimentación (fuente), mientras que con el método
propuesto, solo se le asigna 6,32 kW.
Pérdidas de Potencia Real Asignadas (kW)
Asimismo, para el caso analizado en el circuito de
prueba, cargas de la misma magnitud, con el método
de prorrateo tienen asignadas las mismas pérdidas a
pesar de estar ubicadas unas más lejanas que otras
de la barra de alimentación (fuente); tal es el caso
de las cargas 10 y 28 (más lejana), que son de la
misma magnitud, ambas con el método de prorrateo,
tienen asignados 4,36 kW, mientras que con el
30
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
▬ ▬ Método Propuesto
▬ ▬ Método Cuadrático
•
▬■▬ Método Prorrateo
▬¤▬ Método Proporcional
ENERGÍA & MECÁNICA
Tabla 3 Responsabilidad por pérdidas eléctricas
asignadas a cada usuario
le corresponde 20,58 kW a pesar de estar bastante
cerca de la barra de alimentación (fuente), mientras
que con el método propuesto, solo se le asignan 9,68
kW; asimismo, los clientes 2 y 11 ubicados cerca
y lejos de la fuente respectivamente, ambos con
cargas similares, con el método de prorrateo tienen
asignados 5,73 y 6,86 kW respectivamente, mientras
que con el método propuesto, tienen asignados
4,53 y 8,08 kW respectivamente.Asimismo, con el
método propuesto se garantiza que en la asignación
se considere el impacto de las componentes real
e imaginaria de las corrientes de cada una de las
cargas.
Tabla 4 Datos de líneas y cargas de alimentador MT
- 10 kV
Pérdidas de Potencia Real Asignadas (kW)
B. Aplicación en caso real
La metodología será aplicada en un sistema de
distribución de 10kV, para lo cual se utilizará un
alimentador en media tensión de una empresa de
distribución eléctrica del Sur del Perú. Ello permitirá
comparar y evaluar detalladamente los resultados
obtenidos con la metodología propuesta respecto
a los resultados mediante el método de prorrateo.
La comparación se efectúa respecto al método de
prorrateo, puesto que es la metodología aplicada en
el país para la asignación de las pérdidas eléctricas.
2) Resultados obtenidos. Los datos de las líneas y
las cargas para este sistema se muestran en la Tabla
4 y Figura 4 (Anexo 1); asimismo, los resultados
obtenidos se muestran en la Figura 5.
De igual forma, tal como en el caso analizado en el
circuito de prueba, se verifica que el método propuesto
toma en consideración la ubicación de las cargas a
lo largo de la red; de acuerdo con esto, al cliente 1
ubicado en el nodo 2, según el método de prorrateo,
Erro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado no documento:
Pérdidas asignadas (kW) a los clientes según cada metodología aplicada
V. CONCLUSIONES
En este trabajo se presenta una propuesta nueva
para asignar simultáneamente las pérdidas de
potencia activa y reactiva entre los usuarios de
un sistema de distribución, y se ha determinado el
aporte de cada usuario en las pérdidas eléctricas
en cada uno de los tramos a lo largo de la red de
distribución.
El método propuesto se basa en las leyes de
circuitos eléctricos combinado con la teoría de
juegos, a través de una aplicación analítica del
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
31
ENERGÍA & MECÁNICA
método de Aumann-Shapley. Las propiedades de
las leyes de circuito y los axiomas del método de
Aumann-Shapley son combinadas y proporcionan
una asignación justa de responsabilidad por las
pérdidas eléctricas en la red.
El método propuesto cuantifica la participación
de las componentes de corriente activa y reactiva
de los usuarios en las pérdidas en cada tramo del
sistema de distribución. La influencia es mayor
en los sistemas que operan con alta circulación
de potencia reactiva, debido a que las pérdidas
activas son fuertemente influenciadas por las
componentes imaginarias de corriente.
El método propuesto por utilizar una solución
analítica del método de Aumann-Shapley
no requiere de esfuerzos computacionales
significativos y evita errores numéricos que pueden
surgir con otros métodos que utilizan procesos
iterativos.
Como una extensión de la metodología propuesta,
se recomienda efectuar el estudio del impacto
de la generación distribuida en las pérdidas
eléctricas de las redes de distribución, y en una
etapa posterior evaluar la ubicación óptima de la
generación distribuida, de tal manera que el flujo
inyectado permita reducir las pérdidas eléctricas
en las redes de distribución.
32
REFERENCIAS
[1] Savier, J., & Das, D. (2009). Energy Loss Allocation in
Radial Distribution Systems: A Comparison of Practical
Algorithms. IEEE TRANSACTIONS ON POWER
DELIVERY, vol. 24, No. 1, January 2009.[2] F. Galiana,
A. Conejo, and H. Gil, “Transmission network cost
allocation based on equivalent bilateral exchanges,”
Power Systems, IEEE Transactions on, vol. 18, no. 4,
pp. 1425–1431, Nov 2003.[3] J. Bialek, “Allocation of
transmission supplementary charge to real and reactive
loads,” Power Systems, IEEE Transactions on, vol. 13,
no. 3, pp. 749–754, Aug 1998.[4] D. Kirschen, R. Allan,
and G. Strbac, “Contributions of individual generators
to loads and flows,” Power Systems, IEEE Transactions
on, vol. 12, no. 1, pp. 52–60, Feb 1997.[5] S. Abdelkader,
“Transmission loss allocation trough complex power
flow tracing” in Power Systems Conference, 2006.
MEPCON 2006. Eleventh International Middle East, vol.
1, Dec 2006, pp. 310–316.[6] L. J. Billera, D. C. Heath,
and J. Raanan, “Internal telephone billing rates-a novel
application of non-atomic game theory,” Operations
Research, vol. 26, no. 6, pp. pp. 956–965, 1978.
[Online]. Available: http://www.jstor.org/stable/170258.
[7] Savier, J., & Das, D. (2009). Energy Loss Allocation in
Radial Distribution Systems: A Comparison of Practical
Algorithms. IEEE TRANSACTIONS ON POWER
DELIVERY, vol. 24, No. 1, January 2009.[8] Ghosh, D.,
& Das, D. (1999). Method of load flow solution of radial
distribution networks, IEEE Procedimiento General de
Transmisión y Distribución, vol. 146, no. 6, pp. 641 –
648.
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
ENERGÍA & MECÁNICA
Proyecto central
hidroeléctrica Chadin 2 650 MW
E
l XXI CONIMERA fue el marco para la presentación de
importantes temas de la actualidad nacional. Uno de
ellos fue la Conferencia Magistral que desarrollo el Ing.
Humberto Armas Infante, asesor de la gerencia general
de Odebrecht Energía Perú sobre la Central Hidroeléctrica
Chadin 2 – 650 MW, la misma que se encuentra en etapa de
estudios básicos de ingeniería y en la apertura de los accesos.
Su inicio de obra está programado para el 2017.
Ubicación
Chadín 2, se ubica en el límite regional de Cajamarca y
Amazonas, aproximadamente 85km aguas arriba de la localidad
de Cumba en las aguas del río Marañon. Consta de una presa
de 175m de altura para formar un embalse de 1.960hm3 de
agua para la generación 650MW de potencia.
Consumo Eléctrico per cápita
Estos serán integrados al Sistema
Eléctrico Interconectado Norte (SEIN)
y el objetivo será alcanzar los 3.800
GW anuales.
La operación de la central tiene por
objetivo principal la optimización de la
producción energética. La empresa AC
Energía, desarrolladora del proyecto
y filial de la transnacional brasileña
Odebrecht, Invertirá US$819mn en la
construcción y operación de la central
hidroeléctrica.
Características
Chadin 2 será la primera central
en el Perú que usará agua a gran
caudal y producirá 650 MW.
Es un aporte a la ingeniería nacional
que va a permitir que se replique en
otros lugares, principalmente de la
Amazonía, donde no hay grandes
caídas pero sí mucha agua.
Lineamientos generales de
política energética: Decreto Supremo
Nº 064-2010-EM del 23/11/2010:
Objetivos de la Política
Energética Peruana
1. Matriz Diversificada
2. Abastecimiento competitivo
► Promedio América
Latina: 2000 kWh/
habitante
► 7 países sobre el
promedio
► 13 países debajo
del promedio (Perú
incluido)
3. Acceso universal
4. Eficiencia en producción y uso
5. Autosuficiencia
6. Minimización de Impacto
Ambiental
Relación de Consumo
Energía Per-Cápita
Chile/
2.68x
Perú
Brasil/
1.85x
Perú
7. Desarrollo del mercado del gas
natural
8. Fortalecimiento institucional
Fuente: OLADE 2013, base 2011
9. Integración de mercados
energéticos de la Región
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
33
ENERGÍA & MECÁNICA
Co n ce n t r ac i ó n d e g e n e r ac i ó n
d e electricidad en el centro del país (GWh)
ANTECEDENTES CH CHADIN II
1970’s:
Estudio Gobierno Alemán y el
MEM Potencial Hidroeléctrico
del Perú
1986:
Estudio ELECTROPERU y
consultora Canadiense SNC
Potencial Hidroeléctrico del
Marañón Medio
2010:
Estudios de Odebrecht /
AC Energía S.A.:
Imágenes aéreas Hidrología
Ingeniería, otros.
Información General
Conseción temporal:
EIA:
Concentración eléctrica
PRODUCCION
MW
%
MW
%
956.7
6 370.1
1 391.2
11%
73%
16%
3 271.6
35 703.4
2 820.9
8%
85%
7%
100%
41 795.9
8 717.8
Fuente: Estadística anual COES 2014
100%
NORTE
CENTRO
SUR
TOTAL
POTENCIA
Estudio de Pre
Operatividad:
Concesión definitiva
de generación:
Plazo de ejecución de
obras:
Monto de inversión
aproximado:
3,300 empleos y
desarrollo del área de
influencia directa:
otorgada el año 2011.
aprobado en enero de
2013.
aprobado por COES el año
2014
aprobada en Oct 2014
USD 2,687 millones.
60 meses (luego de
accesos)
electricidad, transporte,
comunicaciones, salud y
educación.
Área del Embalse de
sólo 36 km²:
bajo impacto ambiental
y mínima afectación por
inundación.
Estudios de Ingeniería
Básica:
en ejecución.
Balance de Generación
vs Demanda al 2024
▬ Generación existente
▬ Déficit para cumplir con Margen de
Reserva (37%)
▬ Ingreso de Generación
▬■▬ Proyección de Demanda
(OSINERG al 2018 +
COES 2019 -2024)
Fuentes: OSINERGMIN y COES
34
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
ENERGÍA & MECÁNICA
secuencia constructiva
1. Situacion Inicial
4. Relleno de presa y excavación del vertedero, casa de máquinas y canal de aducción
2. Ejecucion de tunel de desvio
5. Concreto en vertedero, casa de maquinas, toma de agua y fin relleno de presa
3. Desvío del río y construcción de ataguias
6. Llenado del embalse y puesta en operación
IMPORTANCIA DE LA CH CHADÍN 2: Proyecto Hidroenergético Sustentable
► Técnica:
Fortalecimiento de la oferta eléctrica en el norte del Perú / Seguridad y estabilidad energética nacional
► Económica:
Mejora de infraestructura vial, sanitaria, de comunicaciones, generación de nuevos de puestos de trabajo,
mejora de ingresos, dinamización económica
► Social / Ambiental:
Cambio de la calidad de vida la modernidad, con cuidado del ambiente y responsabilidad social garantizada (*)
► Implicancias
de no hacer la obra:
- Oportunidad de inversión y consecuentes mejoras perdidas
- Desvío de la inversión a otros proyectos en otras regiones del país, o fuera de él.
(*) ODEBRECHT mantiene el reconocimiento de Perú 2021 como una empresa calificada con responsabilidad social empresarial
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
35
ENERGÍA & MECÁNICA
VÍAS DE ACCESO
Tramo
Tramo a Tramo Long.
Existente rehabilitar nuevo Total
Vía
1
4
2
Embalse
Nivel Máximo Ordinario
Área del Embalse
832 msnm
36.5 km²
Características Hidrológicas
507 m3/s
385 m3/s
Caudal medio anual
Caudal de Diseño
1 Tunel de Aducción
Sección arco rectangular
Longitud
6.5 x 6.5 m
3 x 365 m
2 Presa
Tipo:
Altura:
Longitud de la corona:
3 Casa de máquinas
Caída bruta media
Turbinas Tipo Francis
Potencia nominal
4 Aliviadero
Compuertas: 5 un.
Caudal de diseño (TR = 10
mil años)
5 Desvío de río
Longitud del túnel
Enrocado con núcleo
impermeable
175 m.
370 m.
150 m
3 Eje Vert.
650 MW
17x22 m
13,400 m3/s
2x760 m
Batimetria en Balsas
36
-
87 Km
38 Km 125 Km
Celendin - Llanguat - Presa
-
28 Km
60 Km
53 Km
28 Km
25 Km 106 Km
53 Km
26 Km
43 Km 122 Km
Chachapoyas - Nvo.
Tingo – San Juan Del Rejo
- Presa
Chachapoyas - Nvo. Tingo
– Sj Rejo Viejo - Presa
3
5
Celendin-Cortegana Presa
88 Km
Proyectos de Generación
Comprometidos al 2019
Proyecto
Potencia
CT Eten – Reserva Fría
CH Machu Picchu II
CB La Gringa
CH Quitaracsa
CT Puerto Maldonando - Reserva Fría
CH Santa Teresa
CT Pucallpa - Reserva Fría
CE Tres Hermanas
CH Chaglla
CH Cheves
CH Chancay
CH 8 de Agosto
CH El Carmen
CT Recka (Lambayeque)
CT Samay I - Nodo Energético del Sur
CH Cerro del Aguila G1
CH Cerro del Aguila G2
CH Cerro del Aguila G3
CH Huatziroki
CH RenovAndes H1
CH Marañón
CH Laguna Azul
CH Cola
CT Ilo - Nodo Energético del Sur
CT Olleros - Turbina a vapor
CH Viroc (Raura II)
CH La Virgen
Incremento de Capacidad CT Chilca 1
CH Colca
CH Karpa
CH Yarucaya
CH Angel I
CH Angel II
CH Angel III
CH Langui
C.H. Olmos 1 (Lambayeque y Piura)
CT Quillabamba
CH Hydrika
CH Tingo
CH Carhuac
CH Pucará
CT Santa Rosa - Turbina Vapor
CH Potrero
CH Santa Lorenza I
CH Zaña 1
CH Rucuy
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
250.0
102.0
2.0
112.0
18.0
98.2
40.0
97.0
450.0
168.2
19.2
19.0
8.4
181.0
616.0
175.0
175.0
175.0
11.1
20.0
88.0
20.0
10.4
600.0
99.6
12.2
64.0
120.0
12.1
19.0
16.5
20.0
20.0
20.0
2.9
50.0
232.0
38.6
8.8
15.8
149.8
129.1
20.0
18.7
13.2
20.0
Fecha de
Ingreso
jun-15
jul-15
jul-15
ago-15
sep-15
nov-15
nov-15
dic-15
ene-16
ene-16
ene-16
feb-16
feb-16
mar-16
may-16
jun-16
jun-16
jun-16
ago-16
oct-16
ene-17
ene-17
feb-17
mar-17
mar-17
mar-17
may-17
ago-17
nov-17
dic-17
dic-17
ene-18
ene-18
ene-18
ene-18
jun-18
jul-18
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Resumen de conferencia magistral - XXI CONIMERA.
Mayor información en: ww.mecanica-cdl.org
ENERGÍA & MECÁNICA
Ingeniería Suiza en los Andes
Lombardi S.A., consultor de las obras
del Proyecto Hidroeléctrico Cerro del Águila
Ejecución de los trabajos de construcción de la presa.
D
esde 1955 Lombardi es una empresa
que ofrece servicio en la ingeniería de
obras de infraestructura hidráulicas y
subterráneas. Acompañamos y asistimos
a nuestros clientes desde el primer estudio de
factibilidad hasta la operación y el mantenimiento
de sus proyectos. Combinamos la innovación
con nuestra acreditada experiencia práctica para
ofrecer extraordinarias soluciones de ingeniería
a la sociedad. Desde nuestra sede central en
Suiza y nuestras sucursales en Europa, Asia y
Latinoamérica, los equipos de Lombardi prestan
sus servicios en todo el mundo.
En el Perú, Lombardi se hace presente con la
ejecución de los servicios de Proyecto Básico,
Proyecto Ejecutivo y Asistencia Técnica en obra
de todas las obras civiles y electromecánicas de
la C.H. Cerro del Águila.
La C.H. Cerro del Águila, se sitúa en los andes
peruanos, a una distancia aproximada de 270
km de la ciudad de Lima. Con sus 510 MW de
potencia instalada se trata del mayor proyecto
hidroeléctrico en construcción actualmente en
el país, así como la obra de mayor calibre de
Lombardi en el extranjero.
El proyecto está licitado como un contrato de
llave en mano, EPC, a un consorcio constructor
formado por Astaldi (Italia) y Graña y Montero
(Perú). El proyecto prevé la construcción de una
presa de gravedad en HCR, RCC por sus siglas
en inglés, de 86,30 m de altura, un túnel de
aducción de 5,7 km de longitud, una central
hidroeléctrica en caverna y un túnel de restitución
de 1,9 km de longitud que devolverá el agua
turbinada al río Mantaro. La caverna principal, de
86 m de longitud, 46 m de alto y 18 m de ancho,
estará equipada con 3 unidades Francis.
El contrato de Lombardi incluye las actividades
de diseño y acompañamiento para todas las
obras civiles y electromecánicas del proyecto.
[email protected]
www.lombardi.ch
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
37
ENERGÍA & MECÁNICA
Fabricación de Bienes
de Capital para la Minería e Industria
El XXI CONIMERA fue el marco para la
presentación de importantes temas de la
actualidad nacional. Uno de ellos fue la
Conferencia Magistral que desarrollo el Ing.
Ernesto Velit Suárez, Gerente General de Fima,
que presentó en el marco del Tema: Desarrollo
industrial, la exposición titulada “Fabricación
de Bienes de Capital para la Minería e Industria”.
Retrospectiva: cómo ha evolucionado
la industria de Bienes de Capital en
el Perú
L
os bienes de capital representan la
fabricación o producción de equipos,
maquinarias, plantas, herramientas,
instalaciones y diversas soluciones de
ingeniería que permiten transformar la materia
primera en productos con valor agregado.
¿Cuáles son los Bienes de Capital
que actualmente produce el sector
metalmecánico?
Instalación de plantas
llave en mano.
Centrales Térmicas.
Parques solares.
Celdas de flotación.
Carros mineros.
Bombas de pulpa.
Hornos rotativos.
Transportadores
mecánicos.
- Mezcladores.
Tanques de
almacenamiento API.
T- Ejes verticales/
horizontales de
diafragmas.
Secadores de tubo y
discos.
Estructuras de acero.
Puentes metálicos
Minería
Muestreadores de pulpa y
sólidos.
Molinos de bola y barra.
Espesadores.
Distribuidores de pulpa.
Clasificadores de espiral.
Chancadoras de quijadas.
Planchas y Bobinas de
acero.
Tanques para refinerías.
Gaseoductos en altamar.
Plantas desalinizadoras.
Plantas de agua de cola.
Lavadores de vahos.
Plantas de calcinación
Columnas de estilación.
Energía
Hace menos de dos décadas, toda la tecnología
que ponía en marcha una fábrica, por más básica
que sea, se importaba, hoy, no, lo fabricamos y
producimos en el Perú con estándares de alta
calidad.
■ Investigación y Desarrollo
Investigación y desarrollo tecnológico, optimizar
procesos productivos, especializar a sus
trabajadores con capacitaciones internacionales,
implementar sistemas de control de la calidad
con estándares internacionales, establecer
asociatividad o alianzas estratégicas, además,
empujaron la formalización y compromisos éticos
con sus trabajadores, la comunidad y el Estado.
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Petróleo
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
Agricultura
ENERGÍA & MECÁNICA
Impacto del sector metalmecánico
en la industria nacional
APORTE POR REGIÓN
(Millones de US Dólares)
Región
2014
2015
Cartera de proyectos mineros
V%
Arequipa
495,062,827
519,812,757
Apurímac
357,745,340
362,503,824
1.3%
Cusco
289,504,309
240,841,894
-16.8%
La Libertad
134,698,571
124,812,201
-7.3%
92,276,892
118,951,810
28.9%
185,447,354
89,909,135
-51.5%
Ancash
Junín
Moquegua
Lima
Cajamarca
5.0%
80,834,104
67,515,981
-16.5%
114,154,525
55,575,848
-51.3%
61,230,182
54,705,434
-10.7%
Pasco
102,194,994
32,551,623
-68.1%
Tacna
28,095,776
19,218,814
-31.6%
Ica
28,405,854
14,666,589
-48.4%
Huancavelica
16,854,347
12,640,111
-25.0%
Puno
19,639,708
11,060,935
-43.7%
Ayacucho
12,193,815
8,671,619
-28.9%
5,488,651
8,437,069
53.7%
Madre de
Dios
77,836
948,063
+
Huánuco
3,501,249
473,812
-86.5%
91,000
177,874
95.5%
Piura
Callao
Loreto
Amazonas
San Martín
Lambayeque
Total
0
64,400
+
637,449
44,718
-93%
14,030
10,758
-23.3%
112,925
1,911
-98.3%
2,028,261,740
1,743,597,181
-14.0%
Exportación
a los 5 continentes
SECTOR METALMECÁNICO
- Genera más de 350 mil empleos
- Exportación de productos metalmecánicos superan los US$4,700 millones
- Representan más del 20% de la producción industrial manufacturera
Desafíos de la industria
de Bienes de Capital en el sector minería
- Comprende aproximadamente 2,000
partidas arancelarias
- Las exportaciones de las empresas
metalmecánicas llegan a los 5 continentes
- En 1945 se inicia la producción de
Bienes de capital para la minería
- Sector minero representa más del
70% de las ventas metalmecánica
Resumen de conferencia magistral - XXI CONIMERA.
Mayor información en: ww.mecanica-cdl.org
▬ Acumulación Anual
Fuente: Dirección de Promoción Minera - Ministerio de Energía y Minas. Declaraciones Mensuales ESTAMIN.
Revista técnica del capítulo de Ingeniería Mecánica - Mecánica Eléctrica - CIP
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cursos realizados en el 2015
Conferencias y Exhibición de soluciones
tecnológicas para la Industria
Answers for Industry 2015
Soluciones tecnológicas que la empresa Siemens ofrece como
respuesta a las más altas exigencias de la industria moderna.
Fecha: 8, 9, 10 y 11 de Agosto de 2015
Expositores: Varios
Eventos a Realizarse en 2015
Comité Técnico de Gas
III Foro nacional de Gas natural GNL – GNC
Proyectos para lograr la masificación del uso del Gas Natural a
nivel nacional
Fecha: 19 y 20 de Octubre
Conferencias Magistrales:
- Experiencias en la masificación del Gas Natural en Lima e Ica.
- Abastecimiento de GNL para la masificación del norte y sur del Perú.
- Abastecimiento de GNC para la masificación del centro del Perú.
- 11 años del Proyecto Camisea.
- Avances y desafíos del proyecto GSP.
- Políticas de Estado para impulsar la masificación del Gas Natural.
Ingreso Libre
II Foro de Seguridad Energética
Fecha: 28 y 29 de Octubre
Temario:
I.- Masificación del gas natural y problemática GLP.
II.- Plan energético Nacional – Integración regional energética
III.- Mercados energéticos y energías limpias
Informes e Inscripciones:
Capítulo de Ingeniería Mecánica y Mecánica Eléctrica
Teléf. 202-5046 / 422-8048
Email: [email protected] / [email protected]
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soluciones industriales de Siemens, que le permitirá crecer y desarrollarse profesionalmente, obteniendo
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mercado actual.
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tecnológico y las necesidades de los participantes.
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