Maestría en Ingeniería - Eléctrica

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Diseño óptimo de sistemas multienergéticos considerando el contexto social, económico y energético de países en vía de desarrollo
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-09-03) Merchán Rodríguez, Nicolás; Cortes Guerrero, Camilo Andrés; Romero Quete, David Fernando; Merchan, Nicolas [Nicolas Merchan]; Merchan, Nicolas [0000000300578366]; Grupo de Investigación Emc-Un
La presente investigación se centra en el diseño óptimo de sistemas multienergéticos en países en vía de desarrollo, considerando integralmente los contextos social, económico y energético de estas regiones. Se propone y valida un modelo de optimización basado en programación lineal entera mixta (Mixed-Integer Linear Programming, MILP) que integra diversas fuentes de energía renovable y componentes que generan y almacenan vectores energéticos complementarios (electricidad, calor y enfriamiento). Un aspecto clave del estudio es identificar de forma explícita las necesidades energéticas de cada comunidad. Esto permite determinar y seleccionar el vector energético más adecuado para satisfacer tanto las necesidades básicas como las productivas de la región. Para ello, el modelo evalúa detalladamente la demanda específica de cada comunidad, considerando criterios de eficiencia, costo y adecuación técnica, lo que posibilita asignar de manera óptima los recursos energéticos disponibles. Se abordan tanto formulaciones deterministas como estocásticas. En esta última se incorpora la incertidumbre en los recursos renovables (irradiancia solar y velocidad del viento) lo que permite evaluar la robustez del diseño frente a la variabilidad ambiental. Los resultados evidencian que el aprovechamiento de recursos locales y la diversificación de vectores energéticos contribuyen a reducir los costos de inversión y operación, mejorar la confiabilidad del suministro y promover el desarrollo sostenible de las comunidades. Además, se seleccionaron tres comunidades representativas como casos de estudio: Cumaribo y Santa Rosalía, ubicadas en el departamento de Vichada, y Nazareth, un corregimiento del municipio de Uribia en La Guajira. La diversidad geográfica y socioeconómica de estas localidades permite evaluar la efectividad del modelo en contextos con distintos niveles de potencial energético y necesidades específicas diferentes.(Texto tomado de la fuente).
Evaluación de soluciones basadas en sistemas de almacenamiento de energía para mejorar la calidad del servicio de energía eléctrica en Puerto Carreño, Vichada
(Universidad Nacional de Colombia, 2025) Valderrama Ortega, Fabián Oswaldo; Cortés Guerrero, Andrés Camilo; Romero Quete, David Fernando; Grupo de Investigación Emc-Un
Este documento presenta una evaluación de soluciones basadas en sistemas de almacenamiento de energía para mejorar la calidad del servicio de energía eléctrica en Puerto Carreño, Vichada. Se determinó la ubicación y capacidad de los sistemas de almacenamiento de energía (BESS) o sistemas de almacenamiento de energía híbrida de baterías y supercapacitores (HESS). Las soluciones se desarrollaron en lenguaje Python, con el modelo de programación lineal entera mixta (MILP) implementado a través de la librería Pyomo. Los resultados de la metodología implementada minimizaron los costos de inversión de los sistemas de almacenamiento de energía propuestos. (Texto tomado de la fuente).
Estudio de caso para la optimización del esquema de deslastre de carga en sistemas de potencia con penetración de generación con FNCER
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-06) Muñoz Castro, Daniel Steeven; Rosero García, Javier Alveiro; https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0002392651; https://orcid.org/0009-0008-2611-3579; Electrical Machines & Drives, Em&D
Este documento presenta el estudio de caso para la optimización del despacho de energía contemplando contingencias del tipo n − 1 que puedan implicar esquemas de deslastre de carga para el sistema eléctrico de potencia normalizado en el modelo de 118 nodos del IEEE, integrando el comportamiento de fuentes no convencionales de energía renovables (FNCER) e involucrando demandas de energía diversificadas (diferentes actores y tipos de carga). La solución planteada está orientada a minimizar los costos de generación de fuentes tradicionales y no tradicionales renovables, y a tasar el riesgo en forma de penalizaciones para establecer un esquema de deslastre de carga que contemple las diferentes restricciones operativas. Se plantea una metodología que establece las variables de entrada del sistema, las cuales ingresarán al modelo matemático como restricciones operacionales, criterios de modelamiento y de evaluación. Adicionalmente, se plantea a través de un algoritmo metaheurístico (PSO) la optimización del modelo ajustado, y entrega los criterios para establecer un esquema de deslastre que pueda implementarse en sistemas eléctricos reales. Finalmente, se presentan los resultados del modelamiento evidenciando la robustez del sistema del caso de estudio ante las contingencias; se muestran algunos criterios evaluados para detectar puntos sensibles del sistema y el análisis del riesgo desde el punto de vista del costo por incumplimiento de las restricciones. (Texto tomado de la fuente).
Manejo de la congestión de potencia en zonas con alta penetración de energía renovable en Colombia para mitigar restricciones operativas
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-06-30) Ortiz Rosario, Daniel Francisco; Rivera Rodríguez, Sergio Raúl; Arango Angarita, Dario Mateo
El presente documento aborda el manejo de la congestión de potencia en zonas con alta penetración de fuentes no convencionales de energía renovable (FNCER) en Colombia, con el objetivo de mitigar las restricciones operativas que comprometen la estabilidad y eficiencia del sistema eléctrico. El trabajo se centra en dos subáreas críticas del Caribe colombiano: GCM (Guajira-Cesar-Magdalena) y Atlántico, donde la creciente demanda y la limitada capacidad de infraestructura han generado cuellos de botella que dificultan la integración efectiva de proyectos solares y eólicos. Para afrontar este reto, se emplean algoritmos de optimización metaheurísticos, específicamente el Particle Swarm Optimization (PSO) y el Algoritmo Genético (GA), con el fin de realizar un despacho óptimo de generación. Además, se incorpora el modelado de incertidumbre asociado a la generación renovable mediante distribuciones Weibull y Lognormal, lo que permite una representación más realista del comportamiento de las FNCER. La investigación incluye la construcción de modelos eléctricos en el software DIgSILENT PowerFactory, la evaluación de condiciones base y de contingencia para los años 2025 y 2033, y la aplicación de técnicas de optimización para reducir sobrecargas, mejorar perfiles de tensión y minimizar costos de despacho. Los resultados mostraron reducciones de cargabilidad superiores al 20 % en elementos críticos, mejor estabilidad de tensión y un despacho más eficiente desde el punto de vista económico. Además, se realizó una comparación entre PSO y GA, destacando que PSO tiende a converger más rápido, mientras que GA ofrece una exploración más diversa del espacio de soluciones. (Texto tomado de la fuente).
Cálculo de la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero de las nuevas tecnologías en el sector eléctrico
(Universidad Nacional de Colombia, 2025) Marín Pinilla, Jennyfer Thatiana; Rosero García, Javier; Electrical Machines & Drives, Em&D
El presente estudio se enfoca en la estimación de la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en los sectores eléctricos de Colombia y Canadá, a través de la implementación de tecnologías energéticas innovadoras. Para alcanzar este objetivo, se desarrollaron y simularon diversos escenarios de adopción tecnológica utilizando el software HOMER Grid. Dichos escenarios incluyen la integración de sistemas fotovoltaicos, generación eólica, sistemas de almacenamiento de energía y vehículos eléctricos, considerando variables como incentivos y políticas de adopción, proyecciones de capacidad instalada por tecnología, evolución de la demanda eléctrica y tarifas eléctricas de cada país. La evaluación se realizó bajo un enfoque conservador, estimando las reducciones de GEI para los años 2030 y 2037, utilizando como línea base el año 2022. Los resultados evidencian que, independientemente del grado de implementación de nuevas tecnologías, en algunos casos no se observa una reducción significativa en las emisiones de GEI. Esto se debe, principalmente, al incremento de la demanda de usuarios y vehículos eléctricos en el mediano plazo. No obstante, se identifica que la incorporación de generación eólica tiene el mayor impacto en la reducción de emisiones para los años 2030 y 2037 (Texto tomado de la fuente).
Evaluación de desempeño de vehículos eléctricos en San Andrés Isla
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Davis Manuel, Yilia Anita; Rosero García, Javier Alveiro; Electrical Machines & Drives, Em&D
Este estudio tiene como objetivo evaluar el desempeño energético, el impacto económico y los beneficios ambientales de los vehículos eléctricos (VE) en comparación con los vehículos convencionales (VC) en San Andrés Isla. La importancia de esta investigación radica en la urgencia de implementar soluciones de movilidad sostenibles en un entorno insular, donde la eficiencia energética y la reducción de emisiones son esenciales para preservar el ecosistema local y mitigar los efectos del cambio climático. En un contexto global marcado por la preocupación por el cambio climático y la contaminación, este análisis proporciona información fundamental para respaldar decisiones estratégicas en políticas de transporte y energía. La adopción de vehículos eléctricos representa un paso decisivo hacia una movilidad más eficiente y sostenible, contribuyendo al bienestar ambiental y social de la isla. El objetivo general de esta investigación es determinar cómo la infraestructura y el uso de vehículos eléctricos pueden influir en la sostenibilidad energética, económica y ambiental de San Andrés. Para ello, se plantearon objetivos específicos: evaluar la eficiencia energética de los VE frente a los VC, analizar el impacto económico de su adopción mediante indicadores de costos de operación y mantenimiento, y cuantificar la reducción de emisiones contaminantes derivadas de su uso. La metodología empleada fue cuantitativa, basada en la recopilación directa de datos mediante mediciones reales de los vehículos en estudio. Se registraron trayectorias comparables para ambos tipos de vehículos, lo que permitió evaluar sus consumos energéticos y desempeños de manera precisa. Este enfoque garantizó resultados sólidos y objetivos al contrastar los vehículos eléctricos y convencionales en condiciones controladas. Entre los hallazgos más relevantes, se destaca que los VE presentan un desempeño energético significativamente superior, con una conversión de energía almacenada en movimiento superior al 90%, frente al rango de 17-21% en los VC. Este resultado evidencia la capacidad de los VE para aprovechar la energía de manera mucho más eficiente, lo que los convierte en una alternativa ideal para promover una movilidad sostenible en San Andrés. Desde el punto de vista económico, aunque los costos iniciales de adquisición de los VE son más elevados, el análisis demuestra que, a largo plazo, resultan más rentables debido a sus menores costos operativos y de mantenimiento. Estos beneficios financieros consolidan a los VE como una opción económicamente viable para los habitantes de la isla. Asimismo, se identificó una significativa reducción en las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx), con una disminución acumulada de aproximadamente 589.7 toneladas en un periodo de 10 años gracias a la adopción de esta tecnología. Este impacto positivo en la calidad del aire contribuye directamente a un entorno más saludable y sostenible. La implementación de infraestructura para vehículos eléctricos en San Andrés surge como una estrategia altamente efectiva desde las perspectivas económica, energética y ambiental. Los VE no solo destacan por su eficiencia y capacidad para reducir emisiones, sino que también representan un avance hacia un modelo de movilidad más resiliente y comprometido con la sostenibilidad de la isla. Se recomienda continuar con la expansión de la infraestructura de carga, fomentar políticas que incentiven la adopción de vehículos eléctricos y realizar investigaciones adicionales que aborden el ciclo de vida completo de los VE, incluyendo el reciclaje de baterías. Estas acciones contribuirán al desarrollo sostenible de San Andrés y a la consolidación de los beneficios asociados a la transición hacia una movilidad eléctrica. (Texto tomado de la fuente).
Técnica LoRaWAN para identificar fallas eléctricas y aumentar la confiabilidad en sistemas de distribución en zonas no interconectadas colombianas
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-01) Carrillo Cubides, Brayan Stiben; Rivera Rodríguez, Sergio Raúl
La presente investigación realiza una revisión de los problemas actuales del sistema interconectado nacional (SIN) y de cómo la implementación de nuevas alternativas de conexión inteligente ofrecerá soluciones para mejorar la interconectividad y la calidad del servicio en las diversas zonas del país; también se realiza un análisis a partir de las alternativas proyectadas en el “Mapa de ruta para la implementación de redes inteligentes en Colombia”. Se hace especial énfasis en la interconectividad de las zonas rurales de Colombia, dado que aún se presentan desafíos significativos en estas áreas en cuanto a cobertura, calidad del servicio y tarifas, según lo reportó la investigación realizada por la universidad Distrital de Colombia (Hurtado-Beltrán, 2020). Por esta razón, se propone un análisis detallado de los avances más recientes en técnicas de detección de fallas eléctricas en sistemas de distribución en zonas rurales, incluyendo el estudio de tecnologías como sensores, algoritmos avanzados y redes neuronales; con el fin de estudiar la posible aplicación de estas técnicas en el contexto colombiano. La implementación de sistemas de detección temprana de fallas eléctricas puede mejorar significativamente la calidad del suministro eléctrico en estas áreas, reduciendo los tiempos de interrupción y aumentando la confiabilidad del servicio. Además de ello, la investigación busca generar un marco referencial que permita a los profesionales y estudiantes de ingeniería implementar nuevas alternativas en el campo laboral; y de esta forma fortalecer y desarrollar habilidades y conocimientos en áreas como ingeniería eléctrica, programación, estadística e inteligencia artificial. (Texto tomado de la fuente).
Evaluación de los efectos electrotérmicos de campos electromagnéticos de baja frecuencia en el tejido asociado a extremidades del cuerpo humano
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-03) Gelvez Osorio, Samuel Andrey; Herrera León, Fernando Augusto; Gelvez Osorio, Samuel Andrey [1007407129]
Dada la naturaleza de su funcionamiento, la infraestructura de transmisión y distribución de energía eléctrica genera campos electromagnéticos en el ambiente, los cuales pueden generar efectos biológicos que van desde la percepción hasta la molestia [1]. Ahora bien, el límite del nivel de exposición a estos campos no es un estándar internacional; en su lugar, cada país se encarga de establecer sus límites de exposición. Asimismo existe literatura que permite aproximarse a los efectos de la exposición a campos electromagnéticos de baja frecuencia en el cuerpo humano. Con esta información, es posible evaluar los valores límite de exposición según la población de cada país, incluso en ausencia de un estándar establecido para este propósito. La presente investigación parte de una revisión de la bibliografía sobre los efectos de la radiación no ionizante en tejidos biológicos. Esta proporciona las bases para el desarrollo de modelos computacionales de extremidades para la evaluación de dosimetría a baja frecuencia. Los modelos usan geometrías simples como círculos (2D) y cilindros (3D), los cuales contemplan diferentes capas de tejidos con sus respectivos parámetros eléctricos. Posteriormente, estos datos se complementan con los parámetros térmicos con el objetivo de aproximar los efectos electrotérmicos ocasionados por la radiación no ionizante a 60 Hz. Los resultados muestran cómo la orientación, el tamaño, los parámetros eléctricos de los tejidos y las condiciones de frontera de las extremidades influyen en los campos eléctricos internos distribuidos o inducidos. Por último, se estimaron los efectos eléctricos de densidad de corriente, campo eléctrico interno y densidad de flujo magnético para diferentes niveles de exposición, los cuales aproximan variaciones de temperatura entre 10^{-9} °C y 10^{-5} °C en tejidos como la piel. El estudio concluye con la propuesta de un modelo computacional basado en extremidades del cuerpo humano que aproxima los efectos eléctricos generados por la exposición a campos electromagnéticos de 60 Hz, permitiendo estimar densidades volumétricas de energía y aumentos de temperatura. Finalmente, se proponen recomendaciones enfocadas al ajuste de los valores normativos colombianos y a la elección de parámetros eléctricos de los tejidos para el desarrollo de modelos computacionales de dosimetría a baja frecuencia (Texto tomado de la fuente)
Sistema robusto de gestión predictiva de energía en redes de distribución con múltiples microrredes con inclusión de energías renovables
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-10) Cervera Farfán, Edwin Alberto; Rivera, Sergio; Mojica Nava, Eduardo Alirio; https://orcid.org/0009-0000-4241-4023; Programa de Investigacion sobre Adquisicion y Analisis de Señales Paas-Un
Esta tesis aborda el desafío de modelar y optimizar la operación de sistemas de múltiples microrredes interconectadas (NMG) bajo condiciones de incertidumbre. Las microrredes, como evolución de los sistemas de distribución eléctrica, integran fuentes de generación distribuida —principalmente renovables— junto con sistemas de almacenamiento y cargas. Sin embargo, la variabilidad inherente a las fuentes renovables y al comportamiento de la demanda introduce importantes incertidumbres en su operación. El trabajo explora distintas metodologías para gestionar estas incertidumbres, enfocándose en la Optimización Robusta Distribucional (DRO) mediante la distancia de Wasserstein. Esta metodología se presenta como un enfoque intermedio entre la programación estocástica y la optimización robusta, ofreciendo una toma de decisiones más equilibrada, realista y menos conservadora frente a la incertidumbre. Se desarrolla un modelo de despacho económico para microrredes aisladas, utilizando el enfoque DRO-W para optimizar su operación. Además, se amplía el análisis a sistemas de múltiples microrredes interconectadas, introduciendo el concepto de energía transactiva para evaluar sus beneficios en el despacho eficiente de energía entre varias microrredes. Este estudio contribuye al desarrollo de herramientas para la gestión eficiente y confiable de sistemas energéticos distribuidos, incorporando las incertidumbres de las fuentes renovables y la demanda. De este modo, promueve la transición hacia sistemas energéticos más sostenibles, resilientes y orientados al futuro. (Texto tomado de la fuente).
Esquema de control para múltiples microrredes que prestan servicios a una red de distribución con baja confiabilidad
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Martínez Polo, Dagoberto; Cortés Guerrero, Camilo Andres; Romero Quete, David Fernando; Martínez Polo, Dagoberto [0009000778406851]; Grupo de Investigación Emc-Un
Históricamente, los Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP) se han caracterizado por ser jerárquicos, con un flujo de potencia unidireccional, donde la energía se genera en grandes centrales alejadas de los centros de consumo y se distribuye hacia los usuarios finales. Este modelo ha llevado a la existencia de zonas no interconectadas (ZNI) debido a los altos costos de inversión en infraestructura de transporte de energía hacia regiones remotas e inaccesibles. En años recientes, la evolución de los sistemas de potencia hacia redes inteligentes bidireccionales con agentes distribuidos activos, es inminente. Este cambio, impulsado por el desarrollo de interfaces de electrónica de potencia que facilitan la conexión de sistemas de generación a partir de fuentes renovables no convencionales de energía y sistemas de almacenamiento, permite la creación de microrredes (MG) compuestas de cargas, generadores distribuidos y sistemas de almacenamiento, las cuales tienen la capacidad de actuar como agentes autónomos en la red. La integración generalizada de MG se presenta como una oportunidad para mejorar la calidad del suministro de energía en sistemas débiles de baja confiabilidad e inercia como las ZNI. De esta forma, el control y la gestión eficaz de las MG es indispensable para asegurar la estabilidad y la calidad del suministro eléctrico, especialmente cuando se conectan a sistemas de potencia débiles. Los desafíos asociados a la baja inercia de estos sistemas motivan el desarrollo de algoritmos de control avanzados que puedan responder de manera rápida y eficiente a las fluctuaciones de la demanda y la generación de energía. \\ Esta tesis se enfoca en el diseño y la implementación de un algoritmo de control para la regulación primaria de frecuencia en sistemas de múltiples microrredes (MMG) dentro de un marco de gestión de energía peer-to-peer (P2P). Basado en la teoría del consumidor, el algoritmo propuesto busca mejorar la eficiencia de la respuesta ante variaciones en la frecuencia, priorizando a los sistemas de almacenamiento y minimizando el vertimiento de generación renovable. El esquema es validado por medio de simulaciones dinámicas en el dominio del tiempo y comparado con el método de regulación primaria tradicional (Texto tomado de la fuente).
Evaluación de la implementación de la movilidad eléctrica masiva en la red de distribución de energía eléctrica de Colombia
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Ramirez Acero, Julio Cesar; Rosero Garcia, Javier Alveiro; Ramirez Acero, Julio Cesar [https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0002162502]; Ramirez Acero, Julio Cesar [https://scholar.google.com/citations?user=j4E4ZH8AAAAJ&hl=es]; Ramirez Acero, Julio Cesar [0009000068409708]; Electrical Machines & Drives, Em&D
Este documento evalúa el impacto de la movilidad eléctrica masiva en la red de distribución de energía eléctrica, utilizando el circuito de distribución de la isla de San Andrés como caso de estudio. A través de distintos métodos de simulación, se analizan escenarios de operación y masificación del uso de vehículos eléctricos, tanto con recarga no controlada como controlada. Se destacan tres premisas clave relacionadas con la gestión de la demanda, su influencia en los indicadores de confiabilidad de la red, y la propuesta de una metodología para el diseño y planificación de redes de distribución con alta penetración de vehículos eléctricos. Se subraya la importancia de la relación entre la potencia instalada del usuario y la carga del vehículo eléctrico, así como la identificación de nuevos factores de diseño. Finalmente, se enfatiza la necesidad de diseñar y construir redes de distribución modulares e interoperables, que se adapten a la creciente penetración de la movilidad eléctrica masiva, e implementar tecnologías avanzadas de medición para monitorear el estado de la demanda y ajustar los modelos de diseño (Texto tomado de la fuente).
Diseño de un sistema solar fotovoltaico híbrido para el municipio de Barrancominas ZNI del Departamento del Guainía
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-07-29) Bello Torres, Astrid Jessenia; Herrera León, Fernando Augusto
This degree work focuses on the design of a hybrid solar photovoltaic system for the Non-Interconnected Zone (NIZ) of Barrancominas, applying a PESTAR sustainability approach. The study identifies key challenges related to the lack of electrical infrastructure and geographic isolation, which negatively impact the region’s economic development. The current electrical supply, based on a diesel generator providing energy for an average of 16 hours daily, was analyzed, including the community’s energy demand and fuel consumption. A hybrid solar photovoltaic system, combined with energy efficiency strategies, was proposed to reduce diesel fuel consumption by an average of 10% per month. A detailed analysis of solar and wind resources in the area was conducted to determine the best renewable energy mix that meets the diesel reduction target. Based on this, the optimal hybrid system alternative was selected and its design developed. The chosen alternative (SSFH-D) was designed considering technical and economic factors, as well as compliance with regulatory requirements. The design was validated using PVsyst solar simulation software, and an economic analysis was performed leveraging the incentives from the Financial Support Fund for Electrification of Rural Non-Interconnected Zones (FAER). The system's return on investment was simulated by calculating the energy savings and using local energy tariff rates applicable to NIZ. Finally, the design was evaluated from political, economic, social, technical, environmental, and regulatory perspectives. The sustainability and reliability of the hybrid system design for Barrancominas were confirmed, achieving an average monthly diesel fuel reduction of 10%.
Reducción de las distancias del aislamiento eléctrico en el aire en subestaciones eléctricas convencionales en Alto Voltaje en el rango de 115 kV a la altura de la ciudad de Bogotá y alrededores
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-06) Gómez Moreno, Eliseo; Román Campos, Francisco José; Gómez Moreno, Eliseo [0009000060923059]; Grupo de Investigación Emc-Un
Este trabajo entrega los resultados acerca de experimentos realizados por varios investigadores y a partir de las experiencias prácticas en la operación de sistemas eléctricos de potencia se pretenden sustentar recomendaciones sobre cambios en la aplicación de normas técnicas internacionales. En particular trata el aspecto de la aplicación de la Ingeniería Eléctrica en el campo específico del Aislamiento Eléctrico que se ocupa entre otros del estudio de la seguridad ante las consecuencias de los acercamientos entre partes energizadas a potenciales eléctricos, de una parte, y de otra, los seres vivos y objetos en general que se encuentren conectados al potencial de tierra. Este aspecto constituye la base fundamental para establecer parámetros que garantizan la calidad y seguridad tanto en la operación del sistema eléctrico como en la seguridad de los seres vivos, de las instalaciones de los sistemas de potencia eléctrica y de los servicios eléctricos a nivel del Mundo Actual. (Texto tomado de la fuente).
Estudio de la arquitectura de monitoreo y supervisión de tecnologías de Smart Grids para su implementación en proyectos de energía renovable en la Isla de San Andrés
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Henry Diaz, John Hernando; Rosero Garcia, Javier Alveiro; https://orcid.org/0009-0006-0280-5656; Electrical Machines & Drives, Em&D
Esta tesis se centra en el diseño de una propuesta de arquitectura de monitoreo para sistemas Smart grids que integren proyectos de energía renovable. Por los cual se realizó un estudio de tres casos de uso centrados en el monitoreo de alguna característica clave de la red eléctrica, como es: el estado de la red, la gestión del consumo y la gestión de la energía. Para ellos se establecieron los caos de negocio pertinentes y, además, las tecnologías y sistemas de información que fueran capaces de administrar el flujo de datos presente en la red, se utiliza el modelo SGAM Garantizando que los procesos no se vean interrumpidos por tener equipos de distintos fabricantes (interoperabilidad) o que el sistema presente vulnerabilidades ante ataque de terceros en la red de comunicaciones (ciberseguridad). Durante la realización de los casos de uso se tuvo en cuenta le alcancé que se esperaba del sistema, los indicadores claves de rendimiento y los escenarios que posibles durante la operación del nuevo sistema propuesto para la red eléctrica de la isla de San Andrés, finalmente se tomaron las tres arquitecturas producto de los casos de uso y se integraron en una sola, dando como resultado la propuesta de arquitectura de este trabajo. (Texto tomado de la fuente).
Evaluación de costo – beneficio de la implementación de un sistema de generación solar fotovoltaico en el Archipiélago de San Andrés, Providencia y Santa Catalina
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-01-30) Huffington Salas, Radley Philippe; Rosero Garcia, Javier Alveiro; Electrical Machines & Drives, Em&D
Los estudios sobre las fuentes no convencionales de energía específicamente la energía solar fotovoltaica representa una alternativa factible desde el punto visa ambiental, económico y social para que el país pueda alcanzar sus metas de desarrollo sostenible en las zonas no interconectadas como lo es el Archipiélago de San Andrés Providencia y Santa Catalina; además, es una gran oportunidad para diversificar la matriz energética dentro del Departamento, la cual es 99% basada en fósiles (DIESEL), escenario que lleva a la necesidad de apropiar subsidios por menores tarifas del orden de más de $100 mil millones / año. Esto se maximiza teniendo en cuenta la normatividad vigente la Ley 1715 del 2014 y teniendo en cuenta la ubicación geográfica de San Andrés islas que le da un enorme potencial de generación de energía, dadas las condiciones de su ubicación y entorno natural son factores que de una u otra manera benefician a futuro que el suministro de energía provenga de fuentes no convencionales, de igual forma es importante mencionar que existen limitaciones para el uso y posterior implementación, teniendo en cuenta que las dicciones de inversión de esta tecnologías es basada fundamentalmente en criterios del precio del mercado nacional, argumentando el alto costos de estas tecnologías basando su análisis en criterios como el precio promedio en el mercado nacional teniendo como único fundamento las variables económicas sin tener conocimientos sobre los impactos positivos y los beneficios ambientales derivados la puesta en servicio energía limpias. Aludiendo a lo antes expuesto, este documento pone ante ustedes los resultados de un ejercicio de investigación, con sus respectivo análisis y recomendaciones de los Costos – Beneficios que se pueden dar lugar tras la aplicación de un sistema solar fotovoltaicos en los diferentes tipos de consumo que presentan los usuarios en la isla de San Andrés a partir de datos de consumo, capacidad de generación solar. A partir de esta información se realizo el análisis económico y la evaluación de los impactos ambientales analizando la incidencia del impacto como la cuantificación del mismo. En los resultados se construyó una proyección del tiempo de retorno de la inversión, considerando beneficios financieros, socioeconómicos y ambientales, aplicando el análisis beneficio/costo. Para ello, se estudió la información técnica y económica de los componentes de tipos de sistema solar fotovoltaico aislado e interconectado, evidenciando en cada uno los beneficios financieros de la implementación del sistema. Adicionalmente, por medio de una matriz de impacto ambiental se evaluarán los beneficios ambientales que genera esta clase de energía y se pretende que el estudio realizado se constituya en una herramienta útil para la toma de decisiones relacionadas con la puesta en marcha de energía solar, debido a que genera una reducción en costos de consumo de energía eléctrica, la optimización de sus estrategias de gestión ambiental y la coherencia con sus objetivos misionales. (Texto tomado de la fuente).
Optimización de la operación del sistema de generación fotovoltaico y demanda del hospital departamental de San Andrés Islas
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Serna Lever, Roger Fabian; Rosero Garcia, Javier Alveiro; Electrical Machines & Drives, Em&D
El hospital de San Andrés es una institución de salud pública que atiende a la población de la isla. La demanda energética del hospital es de 171.520 kWh al año, lo que representa un importante consumo de energía. Para reducir la dependencia de combustibles fósiles y optimizar el suministro de energía del hospital, se propone la implementación de un sistema fotovoltaico. Este sistema generaría energía eléctrica a partir de la radiación solar, lo que permitiría cubrir la demanda energética del hospital y ahorrar recursos naturales. El objetivo general del proyecto es optimizar la operación del proyecto piloto de generación fotovoltaica y de la demanda de energía del hospital departamental de San Andrés Islas a través del uso de sistemas de submedición para el análisis de los consumos y la caracterización de la demanda. El proyecto se llevó a cabo, empezando con el diagnóstico el cual se realizó una auditoría energética del hospital para identificar los principales consumos de energía y las oportunidades de mejora. Luego en la caracterización de la demanda se usaron sistemas de medición inteligente para medir el consumo de energía en diferentes puntos del hospital. Por otro lado, la predicción de la demanda se utilizó un modelo de predicción basado en el análisis de correlación para predecir la demanda de energía del hospital en el futuro y por último se tiene la evaluación del potencial de generación utilizando un software de simulación para evaluar el potencial de generación de energía fotovoltaica en el hospital. Los resultados del proyecto muestran que la demanda energética del hospital se caracteriza por un consumo elevado durante las horas del día, con picos en las horas pico. También, se identificaron oportunidades de mejora en el consumo de energía en los sistemas de iluminación, climatización y equipos médicos de esa manera se genera un modelo de predicción de la demanda mostrando una precisión de 95% y por último el potencial de generación de energía fotovoltaica en el hospital es de 278.6 kWp. Así que los resultados del proyecto muestran que la implementación de un sistema fotovoltaico en el hospital de San Andrés es una opción viable para reducir la dependencia de combustibles fósiles y optimizar el suministro de energía. El sistema fotovoltaico propuesto tendría una potencia nominal de 278.6 kWp, lo que permitiría cubrir la demanda energética del hospital. Además de esto, se tuvo a consideración en el estudio para las acciones para optimizar el sistema, implementar un sistema de gestión de energía (SGE) para controlar y optimizar el consumo de energía en el hospital. Estas acciones permitirían maximizar el ahorro energético y reducir la huella de carbono del hospital. (Texto tomado de la fuente).
Análisis de mediciones de rayos con Python
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-01-25) Suárez Balaguera, Aicardo Emmanuel; Roman Campos, Francisco José; Diaz Ortiz, Fernando Augusto; 0009-0000-4495-9983; Grupo de Investigación Emc-Un
EI estudio de los fenómenos naturales, en especial aquellos que pueden representar un riesgo para la vida, justifica el desarrollo de tecnologías orientadas a apoyar la creación o el mejoramiento de sistemas de alerta temprana para la prevención y mitigación de riesgos naturales. En este trabajo se emplea una base de datos de mediciones realizadas con la red de localización de rayos (GLD360) propiedad de la compañía finlandesa Vaisala, que generosamente facilitó al grupo de investigación en Compatibilidad Electromagnética de la Universidad Nacional de Colombia (EMC-UN), con cerca de 80 millones de registros de rayos con información sobre cuándo, dónde y con qué características eléctricas ocurrieron estas descargas. Estas observaciones se extienden por un periodo de cinco años (2016-2020), para un área aproximada de 700,000 km^2 ubicada entre las latitudes 10°N y 80°N y las longitudes —77°W y —70°W, que corresponde a la zona central de Colombia. EI propósito de este trabajo es ahondar en el establecimiento de una climatología de rayos detallada de la región central colombiana usando datos de observaciones provenientes de estaciones de medición terrestres, con eI objetivo de ampliar eI conocimiento sobre eI comportamiento de este fenómeno en eI país. Adicionalmente, se aporta información relevante que puede servir de insumo para trabajos futuros usando la misma base de datos o similares empleando variados enfoques de minería de datos que faciliten las tareas de procesamiento y análisis de grandes volúmenes de datos asociados a la ocurrencia de rayos. Para ello, en este trabajo se crearon una metodología y varios algoritmos que permite el análisis, procesamiento y visualización de grandes volúmenes de datos asociados a descargas eléctricas atmosféricas, con el uso de herramientas basadas en lenguaje de programación Python, que sirvieron para identificar patrones de ocurrencia de rayos. De esta manera, se desarrolló una detallada climatología de rayos aprovechando la precisión temporal y geográfica de las mediciones tomadas desde estaciones en tierra comparada con la precisión de datos provenientes de plataformas satelitales. (Texto tomado de la fuente).
Evaluación de integración de recursos energéticos distribuidos basados en restricciones de la red de distribución. Caso estudio para San Andrés Isla
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-05-12) Newball Archbold, Keyla Gaia; Rosero Garcia, Javier Alveiro; Electrical Machines & Drives, Em&D
El incremento de las Fuentes No Convencionales de Energía Renovable (FNCER) a pequeña y gran escala cambia la dinámica de planeación y operación de las redes de energía eléctrica cobrando importancia para los Operadores de Red (OR) establecer mecanismos de evaluación del impacto de integración y la capacidad máxima soportada bajo parámetros de operación y confiabilidad. Esta tesis aplica el concepto de Hosting Capacity (HC) en el caso de estudio de la red de San Andrés Isla para evaluar indicadores de desempeño empleando métodos estocásticos y de simulación sistemática con DigSilent PowerFactory en integración con python. Se evalúan 25 niveles de penetración y para cada uno se realizan 1.000 simulaciones considerando la naturaleza variable de la generación, con un total de 25.000 iteraciones. El factor que más limita la integración de FNCER en la red de San Andrés Isla es la cargabilidad de los transformadores. Sin embargo, el límite es superior al porcentaje de penetración establecido en la regulación para las Zonas No Interconectadas (ZNI). Por lo cual, se concluye que es segura la integración de FNCER bajo los límites de regulación. (Texto tomado de la fuente).
Desarrollo de una cartilla con análisis de concepciones erróneas comunes y que ponen en riesgo la seguridad eléctrica de personas en redes de distribución
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Amórtegui Gil, Francisco Javier; Quintero Quintero, Jesús María; Amórtegui Gil, Francisco Javier [0000-0002-6335-6237]; Román Campos, Francisco José; Grupo de Investigacion en Protecciones y Tierras Gipyt
Desarrollo de una cartilla con análisis de concepciones erróneas comunes y que ponen en riesgo la seguridad eléctrica de personas en redes de distribución En las aplicaciones de la ingeniería eléctrica se han pasado algunos errores de una generación de ingenieros a otras sin mayor crítica, originando problemas en la operación de los proyectos, problemas que pueden ser desde: corta vida de los equipos, interferencia y mal funcionamiento de estos hasta peligros para la salud o la vida de los operarios, usuarios y público general. Ante esas dificultades las empresas solicitan asesoría a la Universidad Nacional de Colombia. Dentro de estas solicitudes se han identificado casos recurrentes de deficiencias en la interpretación tanto de la teoría de circuitos, como de las normas técnicas respectivas, por lo que se ha considerado por parte de la Universidad Nacional de Colombia, la Asociación de Egresados AIEEUN y algunas empresas privadas, hacer cursos cortos, talleres demostrativos y material didáctico que sirva para mitigar este tipo de debilidades en la interpretación de las normas y las leyes de los circuitos a nivel profesional. Consecuentes con lo anterior este Trabajo Final de Maestría realiza el primer paso para desarrollar una cartilla actualizable, el análisis ingenieril de tres situaciones que el autor, con base en su experiencia de asesoría al sector industrial, ha calificado como recurrentes y que pueden ocasionar accidentes de gravedad para la salud o la vida de la personas o daño de equipos. (Texto tomado de la fuente).
Diseño de un algoritmo de protección avanzado para microrredes AC interconectadas a un sistema de distribución tradicional
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-05-20) Acevedo Iles, Manuel Octavio; Cortés Guerrero, Camilo Andres; Romero Quete, David Fernando; Grupo de Investigación Emc-Un
En las últimas décadas, el creciente interés en las formas de generación renovables ha impulsado el desarrollo de topologías de sistemas eléctricos locales que aprovechan los recursos energéticos disponibles, dando lugar al concepto de microrredes. Estas innovadoras topologías presentan amplios beneficios, especialmente al considerar los actuales requisitos energéticos y las deficiencias en el suministro de energ´ıa el´ectrica, como se evidencia en zonas no interconectadas en Colombia. No obstante, la integración de nuevas tecnologías en los sistemas eléctricos conlleva desafíos técnicos que pueden afectar su implementación. Uno de estos desafíos se asocia a las modificaciones en el comportamiento en falla de los sistemas con penetración de microrredes, debido a la inclusión de fuentes de generación basadas en inversores (IBRs en inglés). Estas fuentes presentan un comportamiento en falla significativamente diferente al de las fuentes tradicionales de generación. Las modificaciones en el comportamiento en falla exigen la implementación de nuevos esquemas de protección que respondan a los requisitos emergentes, caracterizados principalmente por su adaptabilidad. En esta tesis se presenta el proceso de investigación desarrollado para proponer una estrategia de protecciones innovadora. Esta estrategia capitaliza la controlabilidad de las fuentes de generación basadas en inversores para mejorar el rendimiento de las funciones de direccionalidad. Además, se fundamenta en dos esquemas de protección, uno asociado a la detección especializada de condiciones de falla y otro a la coordinación online. (Texto tomado de la fuente).

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