Issuu

CIDET

Soluciones para las

PYMES del paĂs

Edición Nº 20 / ISSN 2145-2938

CARLOS ARIEL NARANJO VALENCIA Director Ejecutivo

JUAN PABLO ROJAS DUQUE Gerente CIDET Certiﬁcación

SANTIAGO TABARES

Director Laboratorios y Gestión de Activos

EDITORIAL

PÁGINA 4

SOLUCIONES PARA LAS PYMES DEL PAÍS. FORTALECIENDO LA ALIANZA CON DTI- INSTITUTO TECNOLÓGICO DEL PAÍS.

PÁGINA 6 ANÁLISIS DE FALLAS EN LAS TURBINAS HIDRÁULICAS UTILIZANDO MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA

PÁGINA 18

PÁGINA 22

FIBRATORE, CALIDAD NACIONAL AL SERVICIO DE LA INDUSTRIA

ANÁLISIS DE GAS DISUELTO BASADO EN FIABILIDAD: UN NUEVO ENFOQUE PARA DGA

PÁGINA 26

PÁGINA 35

DESARROLLO DE UN DISPOSITIVO INTELIGENTE PARA TELEMEDIDA DE GRUPOS ELECTRÓGENOS, SISTEMAS DE RESPALDO Y FOTOVOLTÁICOS DE BAJA POTENCIA

DESARROLLO DE ESTRUCTURA BIM PARA LA COORDINACIÓN DE INGENIERÍA PRIMARIA Y SECUNDARIA EN SUBESTACIONES DE ALTA TENSIÓN

PÁGINA 43

PÁGINA 48

INTEGRACIÓN DE LOS RECURSOS ENERGÉTICOS DISTRIBUIDOS EN EL SISTEMA ELÉCTRICO COLOMBIANO

LABORATORIO “AUTOGENERACIÓN SOLAR EL PARNASO” DE ELECTRIFICADORA DE SANTANDER SA ESP

PÁGINA 57

PÁGINA 63

PETROLITIO: UNA ALTERNATIVA PARA LA OBTENCIÓN DE LITIO EN COLOMBIA

CENTELSA, INNOVACIÓN Y PASIÓN POR EL SERVICIO

PÁGINA 66

GRACIAS A LA UTP, LA INGENIERÍA EN COLOMBIA ES DE TALLA INTERNACIONAL

Soluciones para las PYMES del país. Fortaleciendo la alianza con DTI- Instituto tecnológico del país. Gracias a la participación de CIDET en WAITRO, la asociación mundial de organizaciones de investigación y Tecnología, CIDET ha venido trabajando con el Instituto Tecnoógico Danés (DTI - Danish Technological Institute) como aliado en innovación. DTI es un Centro de Desarrollo Tecnológico con más 100 años de existencia, que ha venido estrechando sus lazos con nuestro país a través de CIDET y actualmente está aportando desde su conocimiento al fortalecimiento de las capacidades de CIDET para el desarrollo de las PYMES nacionales. En materia de tecnología y reputación a nivel mundial, el DTI es un centro de gran experiencia, que puede ser aprovechada por CIDET para las empresas colombianas, de manera que se materialicen con ellas ideas, conocimiento y tecnología desarrollando una local oferta que les proporcione ventajas competitivas incluso a nivel global. Alianzas que se forjan para trabajar por las PYMES Las PYMES representan alrededor del 98% de las empresas del país y el 60% del empleo industrial. Sin embargo, a pesar de su gran participación en el mercado nacional no tienen siempre todo el acompañamiento y soporte que puede ser más facil de obtener por las grandes empresas. A esto se suma cierta desazón innovadora, pues restas empresas no centran sus mejoras en procesos de innovación tanto como se puede y se debe. ¿A qué se deben estas dificultades? A la falta de incentivos, apoyo, recursos y capacidades empresariales para innovar. Es por esto que CIDET participó en una convocatoria financiada por el Sena denominada “Fomento a la Innovación” a través del proyecto “Diseño e implementación de un servicio de desarrollo de productos para PYMES de la industria eléctrica”. De esta forma se lograron parte de los recursos que habilitaron el trabajo entre CIDET y DTI que en esta primera etapa tiene como objetivo desarrollar el esquema para acompañar a las PYMES desarrollando productos en general, tanto bienes como servicios. Queremos ayudarles a crecer A lo largo de nuestra historia, CIDET ha identificado que muchas de las PYMES no tienen infraestructura y equipos para el desarrollo ágil de productos; tampoco cuentan con personal y conocimiento especializado para que ellos puedan generar innovaciones y agregar valor. Sin embargo, las PYMES poseen grandes potencialidades para aportar al desarrollo y son el motor que mueve la economía nacional en la medida en que se convierten en aliadas de las grandes empresas.

“Ahí es donde entra nuestra participación en la manera en que podemos suplir esas necesidades a través de la asesoría de nuestro personal y la prestación de servicios por parte de nuestro Laboratorio de prototipos” Explica Carlos Andrés Álvarez, profesional de Desarrollo Experimental, gerente del proyecto CIDET-DTI. A través del proyecto, pretendemos suministrar a las PYMES una plataforma compuesta por infraestructura y equipos para el desarrollo ágil de productos. Además queremos poner a disposición de las PYMES personal y conocimiento especializado para que se puedan desarrollar productos de manera ágil. ¿Cuál será el aporte de DTI? Una de las mayores capacidades que tiene el DTI es que puede ayudar a las empresas a diseñar servicios, desde que se identifican oportunidades de innovación, hasta que estas oportunidades son materializadas. “De esta forma el DTI nos ayudará a diseñar el servicio desde el punto de arranque que sería aprender a identificar las necesidades en las empresas, estructurar el servicio y brindar soluciones para resolver esas necesidades u oportunidades para que las pymes puedan mejorar su competitividad y productividad” finaliza Carlos Andrés. El DTI tiene una amplia experiencia trabajando en tópicos relacionados con la innovación y se reconocen porque son asesores en el diseño de servicios de innovación para otros Centros de Desarrollo Tecnológico a nivel mundial. “Nuestra idea es fortalecer las capacidades de CIDET para la prestación de este tipo de servicios, aumentar en un 200% las intervenciones que se hacen en PYMES y que los tiempos de desarrollo de productos disminuyan en un 30%”. Finaliza Carlos Andrés Álvarez. Es por esto que durante dos semanas, los profesionales de CIDET recibieron la capacitación de un experto del DTI quien se encargó de transmitir su conocimiento sobre la metodología “Innovation Agent”. Fueron jornadas enriquecedoras en las que el área de innovación tuvo la posibilidad de ampliar la perspectiva acerca de cómo se venían haciendo las cosas, así como acercarse a la forma de trabajo de los grandes Centros de Desarrollo Tecnológico a nivel mundial con miras a tomar el aprendizaje e incorporarlo en el ADN innovador de CIDET.

Rubén Darío Cruz Rodríguez, Ph.D. Editor Revista CIDET

REVISTA

JUNIO 2019

Análisis de Fallas en las Turbinas Hidráulicas Utilizando Microscopía Electrónica Resumen—El Centro de Investigación y Recuperación de Turbinas Hidráulicas, aporta soluciones tecnológicas a las centrales de generación eléctrica, a través de la transferencia de conocimiento, desarrollando ingeniería, investigación e innovación. Cuenta con un laboratorio de análisis de fallas, cuyo elemento principal es un microscopio electrónico de barrido (scanning electron microscope, SEM), instrumento de alta resolución y elevada profundidad de campo, que escanea la superficie de una muestra con un fino haz de electrones generado por un filamento de hexaboruro de lantano (LaB6), en una cámara de alto vacío. A partir de la interacción del haz con la muestra son generadas distintas señales, entre las cuales se destaca las necesarias para la formación de una imagen ampliada de la superficie en una pantalla. Brinda la posibilidad de investigar, analizar, diagnosticar, caracterizar y dar solución a problemas de fallas que suscitan en los sistemas mecánicos de las centrales hidroeléctricas debido a factores intrínsecos de su funcionamiento y a los procesos primarios y secundarios de fabricación y mecanizado. Abstract—The Center for Research and Recovery of Hydraulic Turbines, provides technological solutions to power generation plants, through the transfer of knowledge, developing engineering, research and innovation. It has a fault analysis laboratory, whose main element is a scanning electron microscope (SEM), high resolution instrument and high depth of field, which scans the surface of a sample with a fine beam of

AUTORES: Marcelo Toapanta Defaz Corporación Eléctrica del Ecuador CELEC EP.

electrons generated by a filament of lanthanum hexaboride (LaB6), in a high vacuum chamber. From the interaction of the beam with the sample, different signals are generated, among which the ones necessary for the formation of an enlarged image of the surface on a screen stand out. It offers the possibility to investigate, analyze, diagnose, characterize and solve problems of faults that arise in the mechanical systems of hydroelectric power plants due to intrinsic factors of its operation and to the primary and secondary processes of manufacturing and machining. Palabras Clave— Microscopio electrónico de barrido SEM, Turbinas hidráulicas, Análisis de fallas, Cavitación, Centro de Investigación y Recuperación de Turbinas y Partes Industriales*. Key Words— Scanning electron microscope SEM, Hydraulic turbines, Fault analysis, Cavitation, Center of Research and Recovery of Hydraulic Turbines and Industrial Parts. I. Glosario Microscopía electrónica de barrido: Es una técnica de análisis superficial, que consiste en enfocar sobre una muestra un fino haz de electrones, acelerado con energías de excitación desde 0.1kV hasta 30kV y que permite obtener información morfológica, topográfica, composicional y estructural de las muestras produciendo imágenes de alta resolución Análisis de Fallas: Es el estudio sistemático y logístico de las fallas de un componente o mecanismo, para determinar la probabilidad, causa y consecuencia de las mismas.

REVISTA

JUNIO 2019

II. INTRODUCCIÓN

III. OBJETIVO

Los rodetes y los componentes de las turbinas de las centrales hidroeléctricas frecuentemente se encuentran expuestos a desgaste, picados, golpes, ﬁsuras, entre otros; que son ocasionados por mecanismos de falla y daño distintos pero vinculantes entre sí, como rozamiento, cavitación, impacto, desgaste erosivo, fractura por fatiga, corrosión fatiga y otros, los cuales limitan su vida útil. Sin embargo, los tres últimos mecanismos representan el mayor riesgo en la operación de dichos componentes, lo que conlleva al inicio y propagación de ﬁsuras, afectando la integridad estructural de las máquinas.

Obtener información a través de imágenes de alta resolución obtenidos con el microscopio electrónico de barrido, de la morfología, topografía y composición química de la microestructura de los diferentes mecanismos de fallas del material de los componentes de las turbinas hidráulicas, para ser utilizada en los procesos de reparación.

El desgaste erosivo se produce por la presencia de partículas abrasivas en el flujo de agua a altas presiones, lo cual se ha reducido con la aplicación de recubrimientos cerámicos. La fractura por fatiga y la corrosión-fatiga, siguen siendo corregidas mediante la aplicación de soldadura in-situ, lo que representa un aspecto negativo debido a la introducción de defectos de soldadura por procedimientos mal aplicados y a la generación de tensiones en el metal base ocasionadas por el ciclo violento de calentamiento (estado líquido) y enfriamiento (solidificación) del metal en escasos segundos, lo cual influye negativamente sobre las propiedades mecánicas del material y la vida residual en fatiga de dichos componentes, acentuando el efecto de las cargas dinámicas de operación y facilitando la falla por fatiga. Las fallas por fatiga se desenlazan en fisuras, que se originan en los defectos de soldadura, se propagan y finalmente produce el desprendimiento de partes, en especial en los álabes fijos o cangilones de los rodetes. Las fallas producidas por distintos mecanismos son estudiadas a través de un análisis causa-raíz, utilizando microscopios de elevadas magnificaciones como son los SEM, los cuales permiten observar la microestructura de un material fatigado, indicando la morfología, composición y topografía de los puntos de origen, la forma en que se propagan y finalmente se desprenden. En la figura 1, se observa el laboratorio de microscopía correlativa con el que cuenta el CIRT para la investigación y análisis de fallas.

IV. INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO

En un microscopio óptico, el poder de resolución se expresa como la capacidad de discriminar dos puntos muy cercanos entre sí y es descrito matemáticamente a través de la ecuación (1) de Abbe como:

0.612 n sin

Donde: d : Es el límite de resolución en µm. : Longitud de onda que forma la imagen. n : Índice de refracción medio. a : Ángulo de abertura en radianes.

La resolución de un microscopio óptico está limitada por la longitud de onda de la luz y del haz de fotones utilizados para iluminar y observar la muestra. En un microscopio electrónico, utilizando electrones altamente acelerados, puede operar con un haz cuya longitud de onda resultante sea varios órdenes de magnitud menor. Una de las ventajas de los electrones es que pueden ser fácilmente acelerados por una diferencia de potencial y se puede focalizar el haz de electrones a través de campos electromagnéticos. De la ecuación propuesta por el físico Broglie acerca de las partículas en movimiento, que tienen propiedades ondulatorias y cuya longitud de onda puede ser calculada en función de su masa y nivel de energía [1]; tomando en cuenta que a medida que la velocidad del electrón se acerca a la velocidad de la luz se hace necesario utilizar las ecuaciones de la relatividad de Einstein para una mayor precisión, la ecuación de Abbe para calcular la resolución en un microscopio electrónico se reduce a (2):

0.753 V 1/2

Donde: Fig. 1. Microscopio electrónico de barrido - ZEISS. Laboratorio de análisis de fallas - CIRT. Fuente: Autor.

d : Es el límite de resolución en nm. a : Ángulo de abertura en radianes. V : Voltaje de aceleración en eV.

REVISTA

JUNIO 2019

En la ﬁgura 2, se observa el rango del espectro electromagnético de luz visible, que los ojos humanos pueden detectar 400-750 nm, fuera de este rango se necesita instrumentos especiales para poder ser visualizados, por ejemplo el microscopio electrónico utiliza ondas electromagnéticas de alta frecuencia con una longitud de onda corta y de alta energía, ubicado en el rango de los Rayos-X.

Existen algunas similitudes y propiedades entre utilizar fotones o haz de electrones como la difracción, aberración, astigmatismo, etc. La resolución espacial depende de la longitud de onda, para energías más altas menor es la longitud de onda. En la Tabla 2, se resumen algunas diferencias de operación entre un microscopio óptico y un electrónico de barrido. TABLA II Diferencias entre un MO y SEM.

Fig. 2. Espectro electromagnético. Fuente: es.wikipedia.org La menor distancia observable (resolución) de un microscopio es proporcional a la longitud de onda del medio con el que se observa. A menores longitudes de onda, mayor resolución puede obtenerse. Un microscopio electrónico utiliza un haz de electrones acelerados como fuente de iluminación. Dado que la longitud de onda de un electrón puede ser 100.000 veces más corta que la de los fotones de luz visible, los microscopios de electrones tienen una resolución más alta que los microscopios ópticos y hacen visible la estructura de objetos más pequeños de la materia. A continuación se presenta en la Tabla I una comparación de resolución y magniﬁcación entre el ojo humano y los diferentes microscopios.

Microscopio Óptico MO

Microscopio electrónico de barrido SEM

Longitud de onda

200 - 700 nm

= 0,1 – 0,002 nm (1 - 100 kV)

Resolución espacial

~1 m

~ 1 nm

Máxima magnificación

1.000 x

1.000.000 x

Modo de operación

Luz reflejada / transmitida

SEM, TEM

Muestras

Puede contener agua

Compatible con vacío

A. Microscopio electrónico de barrido o SEM El SEM utiliza un haz de electrones en lugar de un haz de luz para formar una imagen ampliada de la superﬁcie de un objeto. Es un instrumento que permite la observación y caracterización superﬁcial de sólidos. Tiene una gran profundidad de campo, la cual permite que se enfoque a la vez una gran parte de la muestra.

TABLA I

Todo microscopio electrónico basa su funcionamiento en tres ejes fundamentales:

Diferencias de resolución y magniﬁcación entre el ojo humano y diferentes microscopios.

- Fuente de electrones que ilumina la muestra. - Lentes electromagnéticos que dirigen el haz de electrones hacía la muestra de la manera más conveniente.

Magnificación Resolución Ojo humano

0,2 mm

Microscopio óptico MO

0,2 m = 0,0002 mm

1.000 - 2.000 x

Microscopio de barrido electrónico SEM

2 nm = 0,000002 mm

1.000.000 x

Microscopio de transmisión

0,1 nm = 0,0000001 mm

30.000.000 x

- Sistema que capta los efectos de dicho haz al incidir sobre el espécimen y los visualiza. 1): Fuente de electrones Los SEM utilizan un mismo caudal energético: electrones, que son generados por un cañón de electrones de tipo termoiónico que consiste de tres partes: el filamento, el casquillo Wehnelt y el ánodo. Los electrones producidos por el filamento por emisión termoiónica, se aceleran mediante la aplicación de una alta tensión entre el filamento y el ánodo (tensión de aceleración), creando así un haz que fluye por la columna del microscopio.

REVISTA

La columna contiene los elementos donde los electrones son emitidos, acelerados, desviados, enfocados y escaneados. A medida que el rayo desplaza finamente sobre la superficie de la muestra, en las direcciones X e Y, el espécimen emite distintas señales, las cuales son capturadas por sistemas adicionales denominados detectores, siendo las señales idóneas para la formación de imágenes correspondientes a los electrones secundarios y retrodispersados. 2): Lentes electromagnéticos Que consiste de lentes condensadores que controlan la intensidad del haz de electrones que llega a la muestra, afinando el haz, definiendo su tamaño y el nivel de convergencia; lente objetivo (apertura) que se usa para reducir o excluir electrones extraños (dispersos) y forman la imagen inicial del espécimen; y las bobinas de escaneo (o placas deflectoras) que permite que el haz de electrones cambie en los ejes X e Y a modo de rastrillado. 3): Detectores Cuando el haz de electrones golpea la muestra interactúan con ella y se producen diversos efectos que serán captados, registradas y visualizados por varios detectores como el ET-SE (detector de electrones secundarios que permite obtener imágenes de la morfología y estructura de la superficie de la muestra), VPSE (detector de electrones secundarios de presión variable), BSD (detector de electrones retrodispersados que permite formar imágenes de composición y topografía de la muestra), EDS (espectrómetro de energía dispersiva por rayos X que permite realizar diversos análisis semi cuantitativos y de distribución de los elementos en la superficie de la muestra), CL, C2DX, entre otros de acuerdo a la aplicación [2].

JUNIO 2019

B. Principio de detección Cuando un haz de electrones primarios (PE) incide sobre una muestra, se producen algunos procesos con dicho haz de electrones en un volumen de interacción dependiendo del voltaje de aceleración del haz de electrones primario y del número atómico medio (o densidad) de la muestra. Se generan electrones secundarios (SE) y electrones retrodispersados (BSE). En el SEM, los electrones secundarios expulsados de la corteza atómica del material de la muestra en el momento del impacto por parte del haz de electrones primarios, y tienen una baja energía (inferior a 50 eV). Todos los electrones con una energía superior a 50 eV se conocen como electrones retrodispersados, y se generan mediante dispersión elástica en un rango mucho más amplio que el volumen de interacción, y transportan información sobre la profundidad. El coeﬁciente de retrodispersión aumenta con el incremento del número atómico de los elementos contenidos en la muestra. Esto permite que el detector de electrones retrodispersados pueda generar un contraste en el número atómico o imágenes de contraste de material. En la ﬁgura 4, se muestra los componentes principales de un SEM y el tipo de electrones generados.

En la ﬁgura 3, se puede apreciar la disposición de los distintos detectores de un SEM.

Fig. 4. Principio de funcionamiento y componentes del microscopio electrónico de barrido. Fuente: Oxford Instruments [3]. Fig. 3. Disposición física de los detectores de electrones en la cámara del SEM, EVO MA25. Fuente: Autor.

REVISTA

JUNIO 2019

C. Volumen de interacción Los electrones incidentes no van en línea recta al desplazarse dentro del espécimen, sino un camino en zigzag. En el SEM, los electrones secundarios se producen a partir de la superficie de la muestra o parte superior del volumen de interacción; los electrones retrodispersados provienen de la mitad superior del volumen de interacción; y los rayos X se generan dentro de todo el volumen de interacción. Por lo tanto, la resolución espacial típica para microanálisis de rayos X en el SEM es del orden de unas pocas micras, como se indica en la figura 5. El volumen de interacción está influenciado por la energía del haz, el número atómico, la inclinación superficial y la densidad de la muestra.

Fig. 5. Volumen de interacción de los PE, SE, BSE y rayos X, en el SEM. Fuente: Oxford Instruments [3]. D. Señales de electrones del SEM El haz de electrones puede interactuar con el campo culombio (carga eléctrica) tanto del núcleo de la muestra como de los electrones. Estas interacciones son responsables de una multitud de tipos de señales: electrones retrodispersados, electrones secundarios, rayos X, electrones Auger, catodolumininiscentes. En este trabajo se centrará en electrones retrodispersados y secundarios y en los rayos X característicos. En la ﬁgura 6, se puede apreciar la interacción del haz primario de electrones sobre los átomos de la muestra y la generación de los distintos electrones y energía, que son empleados en el SEM para la obtención de imágenes y análisis de composición química [4]. Los electrones secundarios SE, son electrones que han sido dispersados inelásticamente por la interacción de los electrones del haz incidente con el campo eléctrico de los electrones del átomo de la muestra. El resultado es una energía de transferencia al átomo de la muestra y una potencial expulsión de un

electrón del átomo como un electrón secundario. Los SE están caracterizados por una energía baja del orden de los 20-50 eV. Dada esta baja energía, sólo pueden llegar a la superﬁcie los originados en una pequeña zona contigua a la superﬁcie de la muestra. Las pequeñas dimensiones de esta zona son las que permiten obtener las imágenes de máxima resolución.

Fig. 6. Señales de electrones generados en el microscopio electrónico de barrido. Fuente: B. Hafner [5]. Los electrones retrodispersados BSE, son los electrones del haz incidente que han sido dispersados en forma elástica y se desvían fuera de la muestra, es decir cuando el haz de electrones interactúa con el campo eléctrico del núcleo de los átomos de la muestra, produce un cambio en la dirección del haz de electrones sin un cambio signiﬁcativo en la energía del haz de electrones (< 1eV). Los BSE pueden tener un rango de energía desde 50 eV a casi la energía del haz incidente. Sin embargo, la mayoría de los BSE retienen al menos el 50% de la energía del rayo incidente. Los BSE se originan en zonas más profundas del volumen de interacción y la resolución espacial de las imágenes correspondientes es peor. Pero dada la fuerte dependencia de la emisión de electrones retrodispersados con el número atómico Z, este modo de visualización permite detectar variaciones de la composición en distintos puntos de la muestra analizada. Zonas de mayor número atómico son más eﬁcientes en la emisión de electrones retrodispersados y aparecen por lo tanto más brillantes en la imagen.

REVISTA

Los rayos X característicos, se producen por la interacción del haz de electrones sobre la muestra y la transición de energía debido a la vacancia creada de un electrón secundario y que es llenado por un electrón de un orbital de nivel superior. El análisis de las señales de rayos X es una técnica utilizada para el análisis elemental o caracterización química de una muestra. V. ADAPTACIÓN O INNOVACIÓN Los rodetes y los distintos componentes de las turbinas hidráulicas están sometidos a distintos fenómenos inherentes a su funcionamiento y a las alteraciones de su microestructura debido a procesos de soldadura de reparación, lo cual disminuye progresivamente su vida útil, llegando incluso a producirse fallas que los dejan fuera de servicio. Con la implementación de equipos de última tecnología en el CIRT, se está desarrollando investigación, para determinar los factores que inﬂuyen para que un componente llegue a los extremos de falla.

JUNIO 2019

En la figura 8, se observa los daños en un rodete tipo francis de la central hidroeléctrica San Francisco de la Unidad de Negocio Hidroagoyán CELEC EP. Entre los daños que se pueden apreciar es debido al fenómeno hidráulico de la cavitación, que dañan la superficie en distintas zona, debido al cambio de presión y velocidad del fluido, provocando el aparecimiento de burbujas que implosionan sobre la superficie provocando el daño. También se puede apreciar un desgaste por erosión en los anillos de la corona y banda del rodete, debido a la calidad del fluido que contiene alto porcentaje de partículas y sedimentos que actúan como material abrasivo.

En la figura 7, se observa un rodete de turbina tipo pelton de la central hidroeléctrica Pucará de la Unidad de Negocios Hidroagoyán CELEC EP, que debido a un deficiente proceso de control de calidad en la reparación con soldadura, dejó inclusiones y defectología como macro-poros, que actuaron como concentradores de esfuerzos, lo que provocó el fisuramiento de uno de sus cangilones. Fig. 8. Cavitación en los álabes y desgaste por erosión en los anillos de la corona y banda de un rodete francis. Fuente: Autor. En la figura 9, se observa los álabes directrices de la turbina tipo francis de la central hidroeléctrica Agoyán de la Unidad de Negocio Hidroagoyán CELEC EP, en donde se evidencia daños en la superficie debido a un desgaste por erosión, generado por los efectos abrasivos de un fluido con alto contenido de sedimentos.

Fig. 7. Fisura del cangilón de un rodete pelton debido a inclusiones y defectología generada en un proceso de reparación por soldadura. Fuente: Autor.

Fig. 9. Desgaste por erosión en los muñones y bandera de álabes directrices de una turbina tipo francis. Fuente. Autor.

REVISTA

JUNIO 2019

En los laboratorios de metalografía, análisis de falla, caracterización de materiales y el área de control de calidad del CIRT, se realiza investigación de los fenómenos hidrodinámicos que producen los daños en los elementos de las máquinas hidráulicas, así como la obtención de especímenes sobre el material de dichos elementos, los cuales son sometidos a diferentes mecanismos y modos de falla y desgaste, para caracterizarlos mediante la obtención de imágenes de la microestructura de la superﬁcie con el SEM. Para ello se realizaron probetas de acero inoxidable martensítico ASTM 743 Gr. CA6NM de acuerdo a normas, sometiéndolos a distintos procesos como: tratamientos térmicos, procesos de soldadura, reparaciones; variando distintos parámetros y a la vez sometiéndoles a ensayos destructivos como tracción, compresión, fatiga, doblez, impacto entre otros, como se muestra en la ﬁgura 10.

VI. RELACIÓN CON ACTIVIDADES Y APLICACIÓN El CIRT cuenta con laboratorios especializados y se encuentra innovando procedimientos para la reparación de componentes de las turbinas hidráulicas. Las turbinas hidráulicas, está compuesto por varios componentes como rodete, álabes, tapas, placas de desgaste, etc., que interactúan y experimentan varios fenómenos como la corrosión, erosión, cavitación y desgaste de la superficie que interactúa con el fluido, lo que conllevan a fallas por fatiga del material, alcanzando su vida útil. Las interpretaciones de la microestructura de los mecanismos de falla [6], [7] utilizando el SEM, orientan a identificar y definir la causa-raíz, proporcionando información valiosa, como procedimientos mal aplicados, material de baja calidad, defectos originados en los procesos primarios y secundarios de fundición y fabricación. En la figura 11, se observa un portamuestras universal con especímenes a ser analizados, montados sobre el carrito portaobjetos motorizado en los ejes X, Y, Z, inclinación (T) y rotación (R).

Fig. 11. Portamuestras con especímenes y portaobjetos del SEM EVO MA25-Zeiss con 5 ejes motorizados. Fuente: Autor.

Fig. 10. Probetas para caracterización del material acero inoxidable martensítico ASTM 743 Gr. CA6NM. 1. Probeta de desgaste por erosión; 2. Probetas de prueba de impacto; 3. Probetas de tracción, con tratamiento térmico. 4. Probeta de tracción, material original; 5. Probeta de microestructura de una soldadura. Fuente: Autor.

En la ﬁgura 12, se representa las imágenes obtenidas de una misma área con el detector de electrones secundarios y el detector de electrones retrodispersados del SEM. Con el primero detector se obtiene una imagen en el que se observa la morfología (a) de la superﬁcie con un aspecto de profundidad; con el segundo detector se obtiene una imagen de la composición atómico elemental (b) con un apreciado contraste (los elementos más pesados de la tabla periódica se observan más claros).

REVISTA

JUNIO 2019

En los laboratorios del CIRT se analiza e investiga los mecanismos de fallas que ocasionan el desgaste de la superficie y los daños estructurales en los diferentes elementos y componentes de las turbinas hidráulicas [8], [9], [10], debidos al funcionamiento de las máquinas y/o a un deficiente control de calidad en los procesos de reparación de soldadura. En la figura 13, se tiene la imagen obtenida con el detector de electrones secundarios del SEM, en el que se aprecia la morfología de los daños y desgaste superficial por erosión, ocasionado por el contenido de sedimentos, rocas, sales en el fluido y que actúan como abrasivos.

Fig. 13. Imagen de la microestructura superficial del fenómeno de desgaste por erosión, en la superficie de los álabes directrices de un rodete francis fabricados de un acero inoxidable ASTM 743 Gr. CA6NM. Fuente: Autor. En la figura 14, se puede apreciar parte de un cangilón de un rodete de turbina tipo pelton, fisurado. Al introducir la parte fisurada en la cámara del SEM, se obtuvo la imagen de la composición atómico elemental con el detector de electrones retrodispersados, que dan cuenta la existencia de atrapamiento de escoria en un cordón de soldadura, dejado durante un mantenimiento del rodete. Estas inclusiones no metálicas (gris más oscuro “dióxido de titanio”), actuaron como concentradores de esfuerzos y fue causante de la fisura.

Fig. 12. Imágenes obtenidas del acero inoxidable ASTM 743 Gr. CA6NM con los distintos detectores del SEM. (a) Morfología, con el detector de ET-SE; (b) Composición atómico elemental, con el detector de BSD. Fuente: Autor.

Fig. 14. Escoria atrapada en un cordón de soldadura, que provocó la ﬁsura de un cangilón de un rodete pelton. Fuente: Autor.

REVISTA

JUNIO 2019

Actualmente, los rodetes de las turbinas hidráulicas están siendo recubiertos por una fina capa de un cerámico, generalmente carburo de tungsteno (procedimiento conocido como “metalizado”), mediante técnicas de rociado de partículas a alta temperatura y presión, con la finalidad de proteger la superficie de dichos elementos y por ende alargar su vida útil. Según los fabricantes de rodetes y empresas especializadas en recubrimientos, indican que el espesor de este recubrimiento debe oscilar entre 200 y 300 µm. Cuando el recubrimiento está por debajo del rango y/o el perfil de anclaje del material base no es el adecuado, este no se adhiere correctamente; por el contrario, cuando el espesor del recubrimiento es superior al rango, empieza un proceso de fisuramiento y a perder adherencia al material base, como se observa en la figura 15.

ﬁguras siguientes se observa la morfología de la microestructura: (a) probeta de material base original; (b) microestructura de la probeta con cordón de soldadura con material de aporte ER410NiMo; (c) probeta con el cordón de soldadura sometido a un tratamiento térmico post soldadura de 600°C@1 hora de permanencia; (d) probeta con el cordón de soldadura sometido a un tratamiento térmico post soldadura de 600°C@2 horas de permanencia. Cabe indicar que en todas las probetas muestran una microestructura con fractura dúctil [12].

Fig. 15. Pérdida de adherencia del recubrimiento (carburo de tungsteno) y material base en un cangilón de un rodete pelton. Fuente: Autor. Como parte de la investigación que se realiza en el CIRT, se elaboran probetas del material de acero inoxidable ASTM 743 gr. CA6NM, que es el material más común en la fabricación de los elementos de las turbinas hidráulicas. Estas probetas se someten a pruebas destructivas como tracción, compresión, impacto, doblez, etc., en el laboratorio y posteriormente con la ayuda del SEM se caracteriza la superﬁcie en la zona de rotura de la probeta. En la ﬁgura 16, se puede apreciar las imágenes obtenidas con el detector de electrones secundarios del SEM, de la morfología de la zona de rotura de unas probetas sometidas a una prueba de impacto, sobre las cuales se realizó un cordón de soldadura con el proceso GMAW y con material de aporte ER410NiMo y posteriormente se realizaron dos tratamientos térmicos, para determinar el cambio de las propiedades mecánicas en el material [11]. En la secuencia de

Fig. 16. Imágenes obtenidas de un ensayos de impacto a probetas acero inoxidable ASTM 743 gr. CA6NM, con un cordón de soldadura y sometidos a tratamientos térmicos. Fuente: Autor.

REVISTA

En la ﬁgura 17, se observa la imagen de una probeta de un acero AISI 1017 de una tubería de dragado sometida a un ensayo en tracción, se puede apreciar la morfología de la superﬁcie (alargada en sentido de la fuerza aplicada), su topografía indica la condición dúctil del material.

JUNIO 2019

por sobrecalentamiento al momento de arranque de la turbina y que como una secuencia de procesos se produjo “creep voids” por fatiga térmica del material. También se puede apreciar la microestructura con un patrón dendrítico, propio de este tipo de aleación (Cr, Ni. Ti).

Fig. 17. Imagen obtenida de ensayos de tracción, de una probeta de material acero AISI 1017. Fuente: Autor. Con la ayuda del SEM, también se pueden realizar el análisis de imagen de probetas realizadas un proceso de metalografía, en donde se distingue los límites, tamaño y formas de grano, para ello se necesita que la preparación de la muestra con un acabado de superﬁcie especular y se someta a un microataque químico, como se muestra en la ﬁgura 18.

Fig. 19. Análisis de la composición química elemental con el detector EDS por rayos X, de un álabe de una turbina a gas, con falla por sobrecalentamiento. Fuente: Autor. VII. RESULTADOS OBTENIDOS Y/O ESPERADOS El laboratorio de análisis de fallas del CIRT permite realizar la determinación de los siguientes parámetros, indispensables para la aplicación de un correcto procedimiento en recuperación de las turbinas hidráulicas:

Fig. 18. Imagen obtenida de una muestra metalográﬁca de material base ASTM 743 gr. CA6NM y cordón de soldadura con material de aporte austenítico, sin realizar tratamiento térmico. Fuente: Autor. En el laboratorio del CIRT se realizar microanálisis, que es un análisis de las muestras a escala microscópica, que da como resultado la información estructural, de composición y química sobre la muestra, mediante el detector de energía dispersiva incorporado en el SEM, representado por espectros de las líneas principales KeV. En la ﬁgura 19, se puede observar un microanálisis composicional del material del álabe de una turbina a gas, que sufrió una falla

- El SEM permite realizar un análisis morfológico superﬁcial mediante imagen de electrones secundarios (SE); y análisis de composición química y topografía mediante imagen de electrones retrodispersados (BSE). - Análisis morfológico y químico de: a) materiales conductores en modo alto vacío, b) materiales no conductores en modo bajo vacío. - Análisis elemental por EDS se pueden identiﬁcar elementos desde 1% wt, desde el carbono (C) hasta el einstenio (Es). - Determinación de tamaño de partícula. - Determinación de espesores de recubrimientos. - Análisis de falla de materiales en general para determinar su causa raíz.

REVISTA

JUNIO 2019

- Determinación elemental de contaminantes en materiales sólidos. - Mapas de Rayos-X en imagen de electrones secundarios o retrodispersados, los cuales permiten conocer la distribución de elementos presentes. - Determinación de textura en materiales cristalinos (se requiere conocer la cristalografía del material a analizar y una preparación especial). - Estudio de interfase en materiales, valoración del deterioro de materiales. - Comparación morfológica y de composición química de materias primas, materiales, productos finales, etc. VIII. CONCLUSIONES - El análisis de fallas utilizando el microscopio electrónico de barrido SEM, permite determinar la causa raíza de los mecanismos y modos de falla que se producen en las máquinas hidráulicas, térmicas, eólicas y más de generación eléctrica. - El análisis sistemático de la causa raíz, permite encontrar las causas del deterioro, desgaste y falla del material debido a deficiencias de diseño, en la selección del material, en los procesos de manufactura, en procesos de control de calidad, factores medioambientales, errores cometidos en el servicio y montaje de las máquinas, entre otras. - El análisis de fallas proporciona varios beneficios como aumentar la disponibilidad de quipos y máquinas, reducción de costos, reducción en tiempos de reparación, recomendar métodos de prevención de fallas, entre otros. - Los SEM son una herramienta tecnológica, que con la implementación de detectores adecuados a más de obtener imágenes de morfología de la superficie y composición atómica, permite realizar análisis composicional de las muestras, lo que es de gran utilidad en la búsqueda de factores que producen las fallas en las máquinas. - Los SEM en conjunto con los métodos y técnicas de ensayos no destructivos, proporcionan información valiosa en actividades de control de calidad, reparación y recuperación de partes y piezas industriales, a más de proporcionar las destrezas necesarias para realizar investigación en el campo de materiales avanzados y adquirir nuevos conocimientos en el área de la nanotecnología. IX. RECOMENDACIONES - Cuando existan fallas ocasionadas por los distintos mecanismos y modos, se debe tener cuidado en recoger las muestras, con la finalidad de que estas no se encuentren contaminadas y la información sea la más fehaciente. - Para evitar tener fallas en las máquinas es aconsejable que en los mantenimientos, se realicen procesos

de inspección con ensayos no destructivos, de esta manera se previene futuras catástrofes. X. REFERENCIAS [1] P. Zinin. Scanning and Transmission Electron Microscopies: Principles. HIGP, University of Hawaii, Honolulu, USA. www.soest.hawaii.edu\~zinin [2] Instruction manual. EVO series Scanning Electron Microscope. Carl Zeiss Microscopy GmbH Revision: en04. June 2015. [3] Oxford Instruments. NanoAnalysis Encyclopedia. [4] EVO® MA and LS Series Scanning Electron Microscopes. Operator User Guide. Carl Zeiss SMT Nano Technology Systems. [5] B. Hafner. Scanning Electron Microscopy Primer. Characterization Facility, University of Minnesota—Twin Cities 4/16/2007. [6] RiB-und Brucherscheinungen bei metallischen Werkstoﬀen. The Appearance of Cracks and Fractures in Mettallic Materials. 1983. Verlag Stahleisen NmH, Dusseldorf. ISBN 3-514-00255-X. [7] Karlheinz Achmitt-Thomas, Hermann Klingele, Armin Woitscheck (Allianz-Zentrum fur Technik GmbH, Ismaning bei Munchen). The Micromorphology pf Metallic Fractures. Band VII, Heft 10, Seite 538-560 / Vo. VII, Issue No. 10, Page 538-560. [8] J.C. Chávez, J.A. Valencia, G.A. Jaramillo, J.J. Coronado, S.A. Rodríguez. Failure analysis of a Pelton impeller. Engineering Failure Analysis 48 (2015) 297–307. [9] D. Ferreño, J.A. Álvarez, E. Ruiz, D. Méndez, L. Rodríguez, D. Hernández. Failure analysis of a Pelton turbine manufactured in soft martensitic stainless steel casting. Engineering Failure Analysis 18 (2011) 256–270. [10] A. Luna, A. Campos, O. Dorantes, Z.Mazur, R. Muñoz. Failure analysis of runner blades in a Francis hydraulic turbine - Case study. Engineering Failure Analysis 59 (2016) 314–325. [11] Juan José Auz, Estudio del tratamiento térmico post soldadura del acero inoxidable martensítico ASTM 743 CA6NM y su inﬂuencia en las propiedades mecánicas del material. 2017. Universidad Técnica de Ambato. [12] P. Haslberger, S. Holly, W. Ernst, R. Schnitzer. Microstructural Characterization of Martensitic All-Weld Metal Samples. Pract. Metallogr. 54 (2017) 8 © Carl Hanser Verlag, München XI. RESEÑA AUTOR Autor: Marcelo Toapanta Defaz Título: Ingeniero Mecánico, Máster Universitario en Ingeniería Electromecánica Empresa: Corporación Eléctrica del Ecuador CELEC EP. Cargo: Especialista en Control de Calidad y Laboratorio. Investigador Auxiliar 1 por la Secretaria de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación SENESCYT. Registro No. REG-INV -18-02098 Dirección electrónica: marcelo.toapanta@celec.gob.ec

REVISTA

JUNIO 2019

FIBRATORE, calidad nacional al servicio de la industria Soluciones para el sector energía y telecomunicaciones FIBRATORE nació bajo el sueño de aportar conocimiento, calidad y soluciones integrales de ingeniería a la industria nacional. En 1974, un ingeniero químico vio el atributo que poseía el Poliéster Reforzado con Fibra de Vidrio (P.R.F.V), como material anticorrosivo y desde entonces, esta compañía se ha preocupado por dedicar su conocimiento al diseño, fabricación y montaje de soluciones para las principales empresas del país, utilizando el P.R.F.V, como su materia prima. De esta manera, se fue ganando poco a poco un liderazgo soportado en la investigación, desarrollo e innovación de productos y servicios con presencia en varios países de Latinoamérica y varios sectores de la industria. FIBRATORE es hoy una empresa reconocida por ofrecer soluciones integrales enfocadas en diferentes sectores que son: el sector industria, el sector agua y el sector energía y telecomunicaciones. Soluciones para el sector industria FIBRATORE ofrece soluciones para los distintos procesos industriales que impliquen almacenamiento, conducción, transformación y transporte de productos industriales.

En cuanto a soluciones en energía y telecomunicaciones, el poliéster reforzado con fibra de vidrio se convierte en un atributo de alto beneficio por sus múltiples ventajas, que permiten contar con productos sostenibles, funcionales y de alto desempeño a largo plazo para redes de energía y subterráneas, alumbrado público y arquitectónico, subestaciones y redes de telecomunicaciones. Soluciones para el sector agua FIBRATORE ofrece soluciones de tratamiento de agua potable, residual doméstica o industrial; además de que también le apuesta al diseño, fabricación e instalación de sistemas de almacenamiento, conducción y transporte de equipos. Transformando territorios No contentos con el liderazgo alcanzado, FIBRATORE identificó una oportunidad para aportar al desarrollo del país. Las necesidades de interconexión eléctrica de Colombia apremiaban y esta empresa vio que podía sumar nuevas ideas para resolver estas dificultades que impedían que zonas apartadas del territorio nacional avanzaran en materia de interconectividad.

REVISTA REVISTA

NOVIEMBRE 2018 JUNIO 2019

“En el año 2006, tuvimos la oportunidad de viabilizar los proyectos de electriﬁcación rural en zonas de difícil acceso. Nuestros materiales eran la mejor alternativa, ofrecían la ventaja de tener las mismas prestaciones mecánicas que los materiales sustitutos, con la diferencia de que pesaban hasta 10 veces menos. Nos pusimos las pilas y de la mano del equipo de ingeniería y producción, diseñamos nuevas soluciones en redes de distribución y transmisión para las zonas más apartadas de Colombia” explica Miguel Puerta, Gerente Comercial de FIBRATORE.

de experiencias profesionales y técnicos conocedores de diferentes segmentos de la industria y del comercio; una mayor solidez ﬁnanciera para responder a los diferentes retos del mercado, la optimización de los procesos productivos, la excelencia logística, la ampliación de la red de proveedores y la implementación de prácticas en línea con la sostenibilidad, los Objetivos de Desarrollo Sostenibles y la economía circular.

No solo es llegar a estas zonas, es desplazar el concreto, el acero y el metal tradicionales, e incluir una solución alternativa diferente a la deforestación para construir junto con la comunidad nuevas alternativas.

FIBRATORE ha participado en las diferentes ediciones de FISE. Desde el 2006, ha acompañado la feria y ha sido un expositor infaltable durante la muestra comercial.

Adquisición de INVESA FIBRATORE es una compañía de ingeniería con un equipo interdisciplinario que plantea soluciones distintas para cada necesidad. Su objetivo es ayudarle al cliente a encontrar su necesidad real, para ver si el atributo que tiene el Poliéster Reforzado con Fibra de Vidrio puede resolverla. En este sentido, FIBRATORE siempre se ha preocupado por crecer, es por esto que durante el año pasado estableció una alianza que entró a reforzar su misión. De este modo, el Grupo INVESA adquirió el 100% de las acciones de FIBRATORE, lo que redundó en grandes beneﬁcios para ambas compañías, al permitir consolidarse bajo todo punto de vista como una empresa líder en Colombia. Esta adquisición posibilita, entre otras cosas: una dirección estratégica caracterizada por su visión de largo alcance, el fortalecimiento y la transversalidad del proceso de I+D+i, la sumatoria y multiplicación

FISE, vitrina comercial de FIBRATORE

“Sabemos que FISE es una plataforma fundamental no solo del país. Quienes hemos tenido la oportunidad de participar en otras ferias de la industria eléctrica, sabemos la importancia que tiene. Reúne un profesionalismo importantísimo, al congregar en un mismo espacio, la parte técnica, los negocios, las novedades y el conocimiento. No podemos negar que FISE nos ha permitido penetrar en otros mercados y nos ha ayudado en la consolidación de nuestros servicios a nivel internacional, lo que nos ha dado una mayor presencia” cuenta. Soluciones que se internacionalizan FIBRATORE no solo se ha consolidado en el mercado nacional; sus soluciones han abierto nuevas puertas y han dejado en alto los avances de la ingeniería colombiana.

REVISTA

JUNIO 2019

“Un claro ejemplo de nuestra labor fue México donde el huracán Odín destruyó 500 torres de energía aproximadamente, lo que ocasionó grandes pérdidas, sobre todo al tratarse de una zona altamente hotelera. El gobierno mexicano había evaluado que el restablecimiento del servicio les iba a traer altos costos, sumados a un amplio tiempo para poder dejar listo nuevamente el sistema” cuenta el Gerente Comercial de FIBRATORE. FIBRATORE llegó con cerca de 1000 postes de 21 metros, que no pesaban más de 700 kilogramos y que podían ser transportadas en helicóptero, lo que ocasionó que el servicio se pudiera restablecer en un tiempo aproximado de 15 días, menos de la mitad del tiempo preestablecido por el gobierno con estructuras convencionales. La calidad siempre primero FIBRATORE lideró las iniciativas para sacar dos normas técnicas colombianas para dos productos de gran importancia para el sector eléctrico. La NTC 6275:2018, que es la primera norma técnica de postes fabricados en Poliéster Reforzado con Fibra de Vidrio para redes de distribución, iluminación y telecomunicaciones, y la NTC 6183:2016, la norma técnica que regula las crucetas para líneas áreas de energía en Poliéster Reforzado con Fibra de Vidrio. Miguel Puerta, lo resume bien, el hecho de que FIBRATORE sea una empresa exitosa responde a que es una empresa sin taras, que está convencida de que lo que hace, lo hace bien hecho. FIBRATORE tiene además muy claro un compromiso muy grande con el medio ambiente y con el desarrollo del país, por eso siempre busca soluciones, tecnología y sostenibilidad, además de dedicar cada día a la investigación, con el objetivo de hacer que sus productos cumplan con los máximos estándares de calidad.

REVISTA

JUNIO 2019

Análisis de gas disuelto basado en ﬁabilidad: un nuevo enfoque para DGA

AUTOR:

Dukarm, James

Principal Scientist and Founder, Delta-X Research Victoria BC, Canadá

I. INTRODUCCIÓN Resumen— Las empresas del sector eléctrico deben mantener sus redes eléctricas para proporcionar un servicio confiable a sus clientes; mientras que, por otra parte, las empresas industriales requieren de instalaciones eléctricas óptimas para llevar a cabo las actividades de su negocio de manera efectiva. Los transformadores de potencia son uno de los activos más costosos e importantes de cualquier red eléctrica, y su cuidado es una prioridad para las empresas del sector eléctrico o industrial. Abstract— Utilities must maintain their power grids to provide reliable service to their customers; and industrial installations need them to effectively conduct their business. High-voltage transformers are one of the most expensive and important parts of any grid and caring for them is a huge priority for any utility or industrial facility. Palabras Clave—DGA, diagnóstico, fiabilidad, R-DGA Key Words—DGA, Diagnosis, R-DGA

Una prueba esencial utilizada para identiﬁcar fallas incipientes al interior de los transformadores es el Análisis de Gases Disueltos (DGA). Esta prueba, evalúa el transformador al identiﬁcar e interpretar ciertos gases que se generan y disuelven en el aceite dieléctrico cuando hay un problema interno en el sistema material de aislamiento (aceite y papel), generado por calor extremo y energía eléctrica. Gases de hidrocarburos e hidrogeno son formados cuando el aceite sufre un estrés térmico o descargas eléctricas. Los principales gases formados por el estrés o desgaste del papel aislante son óxidos de carbono – monóxido (CO) y dióxido de carbono (CO2). Las muestras de aceite se extraen periódicamente del transformador y son analizadas para ver que gases se están formando. Si hay formación de gases, las tendencias de cambio en las concentraciones de los gases generados pueden ser usados para determinar el tipo de falla o defecto (térmica, descarga eléctrica o descarga parcial).

REVISTA

II. IDENTIFICACIÓN DEL TIPO DE FALLA La interpretación de los datos del análisis de DGA es un proceso que comprende tres pasos: (a) Detectar la producción de gas (b) Evaluar la severidad de la producción de gas (c) Identificar el tipo de falla responsable de la producción de gas, mientras el equipo continúa en operación. El tercer paso en el proceso - la identificación del tipo de falla en equipos en operación - es bien conocido. Los métodos de relación de gases como el Triángulo Duval son altamente confiables, sin embargo, los dos primeros pasos no son fáciles. Los métodos convencionales de interpretación de DGA dependen en límites numéricos para la detección de producción significativa de gas, así como para evaluar la severidad de la falla que presenta el equipo en operación. Hay dos problemas en esto:

JUNIO 2019

detectados en una muestra de aceite son usadas para calcular la suma ponderada del calor de formación para cada gas, lo cual es llamado índice de energía normalizado del aceite mineral (NEIoil). De manera similar, las concentraciones de CO y CO2 en la muestra de aceite son usadas para calcular la suma ponderada de su calor de formación a partir de la celulosa, lo cual es llamado el índice de energía normalizada para el papel aislante (NEIpaper).

Fig. 1. Hidrógeno y gases hidrocarburos en el aceite de un transformador [1].

A. Primera Etapa Las concentraciones de gas y los límites de la tasa de cambio no son efectivos para la detección temprana de problemas, es más, tienden a crear falsas alarmas. Dado que pueden ocurrir problemas serios en cualquier nivel de concentración del gas, esperar a que se exceda un límite de concentración crítico signiﬁca que a veces los problemas no son detectados hasta que se produce un daño serio, interrupciones forzadas, o la falla catastróﬁca que termina sacando al equipo de operación.

Fig. 2. Índice de energía de falla del aceite mineral (NEIoil) de un transformador. Los recuadros rojos indican eventos de producción de gases de falla [2].

B. Segunda Etapa Segundo, la interpretación de los límites de DGA Convencional no consideran como se correlaciona el DGA con las averías del transformador. ¿Cómo podemos saber que un transformador con 300 µL/L (ppm) de etileno requiere un estudio más detallado y sí debería ser considerado para su reemplazo?. Para evitar estos problemas, los investigadores han aplicado los primeros principios cientíﬁcos para comprender mejor como se relaciona la generación de los gases con la falla que saca de operación el transformador. El resultado de esta investigación es el Análisis de Gases Disueltos basados en Fiabilidad en sus siglas en inglés R-DGA, un nuevo método para la interpretación de DGA que cuantiﬁca el riesgo de avería del transformador basado en la producción de gas de falla. III. GASES DISUELTOS BASADOS EN FIABILIDAD EN SUS SIGLAS EN INGLÉS R-DGA

Las concentraciones de gas de falla de un transformador pueden ser usadas para calcular el índice de energía de falla que representa la cantidad de energía disipada en el aislamiento por una falla interna. Para cada gas de hidrocarburo, metano (CH4), etano (C2H6), etileno(C2H4) y acetileno (C2H2), se calculó un calor de formación (usando la termoquímica) mostrando cuanta energía es necesaria para formar una molécula de cada gas a partir de una molécula de aceite mineral. Las concentraciones de los gases

La detección de fallas DGA puede basarse en encontrar eventos de producción de gas, los cuales son intervalos de tiempo durante los cuales aumenta el índice de energía de falla. La severidad de la falla se correlaciona a la cantidad de aumento del índice de energía de falla y el tipo de falla puede ser identificado calculando los incrementos de gas sobre el periodo tiempo de la tendencia de crecimiento y aplicando el triángulo de Duval a dichos incrementos. El análisis de DGA basada en la fiabilidad (R-DGA) usa un modelo estadístico – representando los niveles de los índices de energía de falla (uno para el aceite y uno para el papel) a los que se llegaron justo antes de la falla catastrófica que dejó al equipo averiado y fuera de servicio – para evaluar los datos de DGA sin usar límites numéricos. Para desarrollar este modelo, se aplicó un método de estadísticas modernas y avanzadas llamado análisis de supervivencia a los índices de energía de falla y los historiales de averías en una gran población de transformadores. El índice de energía de falla para un solo transformador se puede comparar con el modelo de falla para comprender qué porcentaje de transformadores en un estado similar habrían fallado durante una generación de gas similar. DGA basada en la fiabilidad (R-DGA) también incluye una evaluación predictiva del riesgo asociado a la continuación de producción de gas de falla.

REVISTA

JUNIO 2019

La introducción del Análisis de Gases Disuelto Basado en Fiabilidad (R-DGA) está ayudando a asegurar que se aplique un rigor cada vez mayor a los datos de monitoreo del transformador para proporcionar una comprensión más clara de los transformadores individuales y las flotas de transformadores. Con más y mejor información, los operadores estarán mejor equipados para priorizar el mantenimiento, los reemplazos de activos y tomar decisiones operativas y financieras con un alto nivel de confianza.

Fig. 3. Modelo estadístico – representando los niveles de un índice de energía de falla a los que se llegaron justo antes de la falla. HF es un factor predictivo del riesgo asociado a la continuación de producción de gas de falla [3]. La aplicación de los primeros principios de la ciencia, es decir, la termoquímica y las matemáticas, mejora enormemente la interpretación de los datos DGA. Cuando se implementó DGA basada en la fiabilidad (R-DGA) en una empresa líder de servicios en los Estados Unidos con una gran flota de transformadores, los ingenieros de la empresa informaron que el DGA basada en la fiabilidad (R-DGA) superó significativamente a la DGA convencional. Muchos transformadores que se identificaron como anormales sin tener realmente un problema activo ya no estaban cuestionados, eliminando así muchas "falsas alarmas". Además, el DGA basada en la fiabilidad (R-DGA) despertó la atención en una serie de transformadores que experimentaban una falla continua pero que no habían generado suficiente gas para exceder los límites de alerta en DGA convencional. Estas alarmas verificadas permiten a la empresa de servicios tomar una acción correctiva temprana, evitar un posible fallo y extender la vida útil de sus transformadores con un mantenimiento adecuado.

Una empresa de gran tamaño en los Estados Unidos probó DGA basada en Fiabilidad (R-DGA) en su parque de 7280 transformadores y encontraron que los resultados son muy superiores a los obtenidos por DGA convencional. Como consecuencia, la empresa eléctrica inmediatamente adoptó R-DGA como una parte importante de sus sistemas de evaluación de la salud de sus transformadores. Después de más pruebas y mejoras, R-DGA está disponible en más de un ciento de empresas eléctricas e industria. IV. CONCLUSIONES En general, el DGA basada en la fiabilidad (R-DGA) mejora la eficacia de la planificación del mantenimiento, ahorrando tiempo y dinero a las empresas de energía al mismo tiempo que aumenta la fiabilidad general del sistema y garantiza que los transformadores sigan funcionando durante el mayor tiempo posible. Los administradores de los activos también están mejor informados para planificar el reemplazo de activos y justificar inversiones de capital.

TOA4 es un sistema On-Line, desarrollado por la empresa Delta-X, que ahora incluye el método innovador llamado Análisis de Gases Disueltos basado en Fiabilidad (R-DGA). Con más de la mitad de las empresas eléctricas en los Estados Unidos y otros países como usuarios de TOA4 y que en Colombia se presta con el apoyo y soporte de CIDET. Sea parte de una gran comunidad cuya experiencia combinada de más de dos décadas ha sido aplicada para crear una herramienta de diagnóstico efectiva para evaluar y hacer seguimiento de equipos en alta tensión. V. REFERENCIAS 1. Equipos eléctricos impregnados en aceite en servicio Guía para la interpretación de los análisis de gases disueltos y libres, Edición 3.0. International Electrotechnical Commission, Sep 2015, No. IEC 60599-2015-09. 2. F. Jakob and J. J. Dukarm, “Thermodynamic estimation of transformer fault severity,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 30, no. 4, pp. 1941–1948, Aug 2015. 3. J. J. Dukarm and M. Duval, “Transformer reliability and dissolved-gas analysis,” in 2016 CIGRE Canada Conference, no. CIGRE-807, Vancouver BC, October 2016. VI. RESEÑA AUTOR(ES) Dr. James Dukarm. Jim es el cientíﬁco principal y fundador de la empresa Delta-X Research. El es el arquitecto de software y director de soporte técnico. Ha trabajado en la industria eléctrica desde 1988, ha desarrollo productos de software exitosamente para monitoreo y aplicaciones de diagnóstico incluyendo monitoreo de tableros, pruebas de factor de potencia y análisis de gases disueltos en aceite. Es director de investigación estadística e interpretación computacional de monitores en línea y datos de prueba de laboratorio de aparatos en alta tensión. Es miembro de CIGRE y de IEEE de por vida, esta activamente involucrado en el Comité IEEE/PES de normas de transformadores. Jim recibió su PhD en Matemáticas en la universidad de Simon Fraser en Burnaby, Canadá en 1980. VII. AGRADECIMIENTOS ESPECIALES Agradecemos muy especialmente a Astrid Álvarez Cartagena, Coordinadora del Laboratorio Químico CIDET por su ayuda en la edición y traducción de este artículo.

REVISTA

JUNIO 2019

Desarrollo de un Dispositivo Inteligente para Telemedida de Grupos Electrógenos, Sistemas de Respaldo y Fotovoltáicos de Baja Potencia Resumen— El mapa de ruta para un aumento de recursos energéticos distribuidos inteligentes ha estado en la agenda del gobierno energético colombiano en la última década. Para habilitar este alistamiento tecnológico se requiriere mayor observabilidad y controlabilidad de las señales de dichos sistemas a partir de centros de control en servicio de sector comercial y de agentes y operadores de sistemas de distribución con objetivos de regulación operativa. En este artículo se divulga el proceso de desarrollo tecnológico de un prototipo de sistema de telemedida para grupos electrógenos (<200kw) y sistemas fotovoltaicos de baja capacidad (<50kW) y su integración con la plataforma de gestión de activos en línea ÁRTIMO, permitiendo aumentar el alistamiento tecnológico de sistemas que habiliten la gestión de activos energéticos propios de una ciudad inteligente a través de mecanismos de Internet de las cosas (IoT). Palabras Clave— Monitoreo remoto, generadores eléctricos, baja potencia, ÁRTIMO Abstract— The road map for the increase of smart distributed energy resources has been on the agenda of the Colombian energy government in the last decade. In order to enable this technological readiness, greater observability and controllability of the signals of such systems is required from control centers in the commercial sector and agents and operators of distribution systems with operational regulation purposes. This article describes the process of technological development of a telemetry system prototype for low-capacity photovoltaic systems (less than 50kW) and gensets (less than 200kW) and its integration with a management platform, allowing to increase the technological readiness of systems that enable management of energy assets through IoT strategies. Key Words— remote monitoring; gensets; low power; ÁRTIMO.

AUTORES: Jorge Mario Cardona Osorio Julián David Delgado LAP TECHNOLOGIES

Daniel Chica Velásquez CIDET

I. GLOSARIO IoT: Internet of Things (Internet de las Cosas) ÁRTIMO: Plataforma tecnológica propietaria de Organización Equitel – LAP Technologies. Genset: Grupo electrógeno de respaldo de energía. UPS: Uninterrumped Power System. (Sistemas de Energía Persistentes) FNCER: Fuentes no convencionales de energía renovable II. INTRODUCCIÓN Aunque la matriz energética latinoamericana ha sido tradicionalmente hidráulica y térmica, diversas compañías han comenzado a introducir fuentes no convencionales de energía renovable (FNCER) en capacidades instaladas de menor capacidad. Actualmente la capacidad instalada de plantas despachadas centralmente del Sistema Interconectado Nacional (SIN) en Colombia conforma un 93% del país entre generación hidráulica y térmica, mientras que el 7% lo conforman autogeneradores cogeneradores y plantas de energía eólica conectadas al Sistema Interconectado Nacional (SIN) entre otras. En total la capacidad instalada en FNCER (PCH, Eólica y Solar PV) asciende a un 10% de la capacidad SIN nacional. [1]

REVISTA

Por otra parte, las Zonas No Interconectadas (ZNI) del país (51% del territorio nacional), presentan actualmente una capacidad operativa aproximada de 227.439kW de los cuales 6.787kW son FNCER (valores en actualización según [2]). El Instituto de Planificación y Promoción de soluciones energéticas para las ZNI (IPSE), monitorea actualmente 81 estaciones que oscilan entre 11,14 kW (Chocó) y 28783,7 kW (San Andrés). De acuerdo con [3], el país tiene un potencial aproximado de 30 MW en energía eólica, una radiación solar promedio multianual de 4.5 kWh/m2 (principalmente en la Guajira) además de 448706 TJ/año Biomasa. Los incentivos tributarios propuestos por la ley 1715 de 2014 y los mecanismos de integración y venta de excedentes de energía FNCER en el SIN y ZNI (resoluciones 030 y 038 de 2018 de la Comisión de Regulación de Energía y Gas (CREG), respectivamente) han estimulado el aumento de capacidad instalada en este tipo de fuentes. La operación de sistemas de respaldo de energía eléctrica o de pequeños sistemas de generación en la mayoría de sectores productivos como: hospitales, hoteles, entidades financieras, centros comerciales, centros empresariales, edificios habitacionales, plantas industriales, entre otros, representa una de las actividades más importantes dentro de la operación, debido a la necesidad de un suministro de energía continuo requerido para garantizar el debido funcionamiento de las actividades misionales de cada operación. ¿Imagine un centro comercial un sábado sin energía eléctrica a las 3PM la cantidad de transacciones y pérdidas económicas para todos los negocios? En la actualidad, la mayoría de los sistemas de respaldo o los sistemas de generación de energía solar a pequeña escala, no cuentan con sistemas de telemetría para su monitoreo, control y seguimiento, o si se encuentran instalados representan un alto costo de inversión para los usuarios finales. En consecuencia, las empresas dedicadas a realizar mantenimiento de activos de generación por lo general actúan de forma reactiva ante las fallas presentadas en la operación ya que no cuentan con mecanismos que les permitan anticipar las posibles fallas y así evitar las pérdidas económicas de las empresas donde se presentan. Esto conlleva a que no se tenga conocimiento en tiempo real del desempeño del equipo, debido a: - Desconocimiento en tiempo real del estado de los sistemas de generación de respaldo y generación solar de baja capacidad y de sus variables de operación.

JUNIO 2019

- En caso de daños, los técnicos de servicio pierden tiempo en restablecimiento de las fallas. - Todo el proceso de atención y gestión de las fallas es completamente manual. - Finalmente, el costo general de reparación es mucho más alto para el cliente final, incluyendo la visita de diagnóstico y tiempos muertos durante el proceso. El proyecto cuyo resultado se divulga en este artículo contempló como objetivo una solución integral y completa que contempla la utilización de la tecnología tanto a nivel de hardware, telecomunicaciones, computación en la nube, sistemas de bases de datos y analítica en tiempo real, necesarias para realizar gestión y seguimiento de sistemas de respaldo o generación de energía, a muy bajo costo al alcance de todos los actores de la cadena de valor. Inicialmente, el proyecto estimó cubrir equipos como: grupos electrógenos menores a 200 kW, UPS, Sistemas de Generación de Energía con fuentes renovables como Solar, pudiendo habilitar algunas funcionalidades para motobombas y sistemas contra incendios Para diagnosticar la condición de dispositivos es necesario una adecuada medida y reporte ordenado de variables; la cual se constituya en una herramienta para la planeación (valoración de la condición) y ejecución del mantenimiento (valoración pos-mantenimiento). La telemetría permite identificar operaciones inadecuadas en el generador o cambios abruptos en la demanda, al evidenciar desviaciones de las variables medidas fuera de las condiciones estándar, por lo tanto, alerta la necesidad de acciones que mitiguen dichas desviaciones. A. Vigilancia tecnológica En [4] se describe un sistema de monitoreo de sistemas fotovoltaicos de mediana capacidad. Permite medir variables ambientales (Temperatura; Velocidad de viento; Iluminación; Intensidad radiación, Control de altitud), eléctricas en el arreglo (Corriente, voltaje y temperatura) al igual que variables del inversor. Por su parte en [5] se presenta un sistema que permite monitorear voltajes en el lado DC (cada uno de 4 paneles dispuestos en serie de hasta 45V por panel) y corriente en el lado DC (Hasta 9A). El tamaño de un conjunto de datos de voltaje es el número de paneles en la cadena PV. Para la medición de corriente, se utiliza un resistor shunt y un amplificador lineal. Por su parte, para la medición de voltaje, se usan cuatro divisores de voltaje.

REVISTA

JUNIO 2019

Para el cálculo de valores representativos de cada panel entre el conjunto de paneles se utilizan las siguientes ecuaciones simples

La Fig. 3 muestra el diagrama de referencia para el intercambio de datos.

Siendo , , , los voltajes medidos en cada divisor resistivo. El análisis de falla consiste en detectar, durante un día, si frecuentemente entonces se encuentra en falla (m representa el valor medio de la medida). A su vez en [6] se exponen los resultados de un proyecto que diseña e implementa un sistema para monitorear y controlar ISAI (UPS), basado en los protocolos Megatec, TCP/IP optimizado y como medio de Ethernet. Como se pudo identificar en la búsqueda realizada, los sistemas de telemedida diseñados presentan arquitecturas y planimetrías de hardware cuyos requerimientos son frecuentemente fundamentados en propiedades particulares de cada sistema electrógeno y no características funcionales y estéticas compartidas entre los diferentes sistemas de respaldo. (fotovoltaicos, gensets y UPS). Para incrementar la aceleración de la transición energética y cumplir con la tarea exigida por la ruta crítica de sistemas inteligentes presentes en el sector eléctrico, se hace necesario el desarrollo de sistemas telemétricos flexibles y disponibles para prosumidores de baja capacidad nominal. B. Análisis Regulatorio y de Estándares A continuación, se identifican y describen dos estándares de referencia: 1): Estándar IEEE El estándar IEEE 1547 se refiere a la conexión de recursos distribuidos en sistemas de potencia (RD). De acuerdo con [7], el capítulo 1547.3 te proporciona una guía para el monitoreo, intercambio de información y el control de recursos distribuidos conectados a red. Allí se describen características relevantes para cualquier sistema de monitoreo, tales como: a. Información general b. Caracterización de un sistema MIC (monitoreo, intercambio y control) c. Parámetros para el monitoreo d. Esquema de intercambio de información e. Protocolos.

Fig. 1. Diagrama de referencia. Fuente: [7] Por su parte, el Capítulo 27.6.20 del Proyecto Actualización del Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas-RETIE [8] incluye en el capítulo 27.6.20: “Equipos para medida de energía eléctrica, incluyendo medidores de energía activa, medidores de energía reactiva, transformadores de potencial (PT), transformadores de corriente (CT) y gabinetes. Los elementos usados en la medida de energía eléctrica deben cumplir los requerimientos indicados en los estándares técnicos internacionales, reconocimiento internacional o Norma Técnica Colombiana que aplique, tales como: IEC 61869-5, IEC 60044-3, NTC 2205, NTC 2207, NTC 2147, NTC 4440, NTC 4052, NTC 4569, NTC 5019, NTC 4540 y deben ser probados por medio de certificado de conformidad de producto, expedido por un cuerpo de certificación acreditado. El equipo de medida usado en actividades del servicio público de electricidad debe cumplir los requerimientos indicados en el Código de Medida expedido por la CREG, de acuerdo con el tipo y condición de medida que sea requerido. Los medidores de energía activa y reactiva, transformadores de potencial y corriente, además del cumplimiento de producto, deben tener un certificado de calibración. En la selección del equipo de medida y su instalación, se deben considerar las condiciones ambientales del lugar. 2) Monitoreo de generación en Zona No Interconectada en Colombia. La actividad de monitoreo en Zona No Interconectada es regulada por la Resolución CREG 161 de 2008. Esta resolución define el monitoreo como “Actividad consistente en la colección, administración y procesamiento centralizado de la cantidad, calidad y continuidad de información del servicio generación de potencia eléctrica en la Zona No Interconectada, a través de equipos y sistemas de información.”.

REVISTA

El Centro Nacional de Monitoreo es un área misional del IPSE que desempeña actividades fundamentales para monitorear la provisión de servicio de generación eléctrica en ZNI, ayudando a las entidades responsables en asegurar la provisión y la calidad del servicio a los usuarios de dichas zonas; también provee información en tiempo real de parámetros eléctricos para planeación, toma de decisiones y elaboración de soluciones energéticas estructurales. De acuerdo con el documento Radicado No. 20151600090631 de Julio de 2015, el IPSE respondió a CIDET una solicitud de información de CIDET, explicando la composición del Centro, así: - Flujo de información: La comunicación se desarrolla a través de medio satelital con un 99.5% de disponibilidad. - Protocolos: Son diferentes y dependiente de la tecnología y el sitio. - Actividades del CNM: El centro de monitoreo debe recolectar, monitorear, validar y enviar información de la generación a instituciones públicas tales como: la superintendencia, el operador y el Ministerio de Minas y Energía. III. PLATAFORMA ÁRTIMO A. Componentes de la plataforma Actualmente, la plataforma ÁRTIMO (propia de LAP Technologies) originalmente fue diseñada para brindarle soporte y mantenimiento a equipos que utilizaran motores a combustión diesel y/o gas, tanto para aplicaciones móviles (transporte y logística) como equipos estacionarios (Generadores, sistemas de bombeo, etc). Cuenta con diferentes módulos funcionales como son: Operación, mantenimiento, Torre de Control, reportes y Administración. La Tabla 1 muestra algunas de las funcionalidades de ÁRTIMO. Sección

Función.

Operación

Visualización de la ubicación y ruta de máquinas monitoreadas en un mapa de Google

Mantenimiento

Evaluación de desempeño de diferentes variables analógicas/digitales, así como sus rutinas la ejecución de rutinas basado en la operación del equipo.

Torre de Control

Es un espacio virtual que centraliza el funcionamiento (alarmas, alertas, eventos y tickets) de todos los activos monitoreados por la solución ÁRTIMO, con el objetivo de ser gestionados por un grupo de expertos técnicos que se encuentran 24h al día, 7 días a la semana brindando soporte a la operación, asegurando la disponibilidad y correcto funcionamiento de los activos.

Reportes

Ejecución de reportes especiales dedicados a las diferentes personas involucradas en la operación y mantenimiento de los equipos.

Administración

Configuración general y de seguridad (clientes, máquinas y grupos)

TABLA I Funcionalidades actuales de ÁRTIMO Fuente: Los autores y Sistema ÁRTIMO [9]

JUNIO 2019

Actualmente en Colombia LAP TECNOLOGIES tiene un acuerdo comercial con CUMMINS DE LOS ANDES para utilizar ÁRTIMO como su plataforma de soporte y gestión del mantenimiento de los equipos que están bajo contrato de servicio, mediante el cual permite recibir la información en tiempo real de los generadores cambiando así la forma en la cual se brindan los servicios de mantenimiento de este tipo de equipos, generando además enormes beneﬁcios a sus clientes actuales. B. Centro de Gestión. ÁRTIMO cuenta con un módulo especial de gestión integral, el cual permite a cualquier empresa implementar una mesa de ayuda o centro de gestión desde el cual se pueden coordinar las diferentes actividades de reacción y procedimientos de atención ante los eventos generados desde la operación de los equipos o sistemas de generación. El funcionamiento es como sigue: El kit de instrumentación recolecta y transmite la información hacia ÁRTIMO, el módulo de analítica en tiempo real analiza la data y detecta eventos o anomalías en la operación del equipo o del sistema y ﬁnalmente genera un ticket que debe ser gestionado por los operadores del centro de gestión. Los componentes del sistema de gestión se ilustran en la Figura 2.

Fig. 2. Componentes del Sistema de Gestión. Fuente: Cortesía CUMMINS DE LOS ANDES. El rol principal de los operadores del Centro de Gestión es la de apoyar y brindar soporte a la operación de los equipos, activando los planes de acción deﬁnidos. Así mismo son quienes analizan la productividad general de los equipos y sistemas de generación, emitiendo los reportes correspondientes que serán socializados con los grupos de interés. En la Figura 3 se muestra el Centro de Gestión descrito.

Fig. 3. Componentes del Sistema de Gestión. Fuente: Cortesía CUMMINS DE LOS ANDES.

REVISTA

JUNIO 2019

En muchos casos los eventos detectados desde los módulos de analítica permiten activar una reacción oportuna que evita fallas mayores en el funcionamiento de los equipos, lo cual incide directamente en la disminución de costos operativos y en la disponibilidad general de los equipos. Aquí es donde se genera el mayor valor para las empresas que cuentan con esta solución.

Por su parte, el diseño y fabricación del dispositivo fueron realizados de manera iterativa con base en las diferentes pruebas realizadas en campo, en sistemas fotovoltaicos y grupos electrógenos y con ayuda de un proveedor local.

Algunos eventos asociados con temas de seguridad y continuidad de la operación también podrían ser detectados, tales como: Extracción de Combustible de los Generadores, detección de paros de emergencia, desconexión de los cargadores de baterías y otros.

Se diseñó así mismo un aplicativo móvil para gestionar el sistema. A través de este aplicativo, el usuario puede ingresar a la misma plataforma que ingresa en la web, y puede visualizar el estado (valor y tendencia) de las variables del sistema bajo monitoreo. Este aplicativo fue diseñado inicialmente para el sistema operativo Android. La Figura 4 muestra las pantallas del escritorio del móvil y pantallazos ejemplo de inicio de sesión, listado de variables y gráﬁcos de tendencia en el aplicativo.

IV. PROTOTIPO DESARROLLADO Durante la fase de vigilancia tecnológica se identificaron al menos tres sistemas de monitoreo para Gensets, UPS o sistemas fotovoltaicos, no obstante, no se encontró un sistema desarrollado para los tres tipos de sistemas y orientado a baja potencia al mismo tiempo. La arquitectura de la plataforma ÁRTIMO presentan la posibilidad de integrar cualquier data o variables de sistemas electrógenos independientemente de su marca o modelo, característica destacada frente al estado del arte encontrado, el cual presenta diseños orientados a un grupo específico de tecnología de generación o respaldo de energía. A continuación se describe el producto desarrollado en el proyecto en el marco del Programa Retos Energéticos Empresariales Ruta N – Colciencias. A. Proceso de desarrollo de hardware y software El desarrollo del prototipo fue realizado a través un levantamiento y actualización de requisitos, diseño y fabricación tanto del hardware como del software. A continuación se describen estas actividades. Inicialmente, se usaron tres fuentes de información para actualizar los requerimientos del producto: a) Un taller de Design Thinking para sistemas UPS/PV, b) Talleres magistrales con juicio de expertos en Grupos electrógenos y Sistemas Fotovoltaicos y c) Una vigilancia tecnológica para los tres tipos de generadores. A partir de los talleres y capacitaciones desarrollados se identificaron las variables comunes de Sistemas PV y UPS de baja potencia que podrían ser medidas a través de los puertos de entrada requeridos y diseñados para el primer prototipo. Además, se identificaron los requerimientos de software adicionales de FrontEnd para la plataforma, que permiten el mantenimiento y monitoreo de los sistemas fotovoltaicos. Sobre las pestañas y reglas de control de acceso propias de la plataforma no se identifica necesidad de cambio ya que los sistemas generadores anteriormente no monitoreados (UPS, PV) contienen las mismas necesidades de gestión de activos. Se identificó requerimiento de cambio en los tipos de variables, los valores de las alarmas, y la iconografía de visualización de éstas en los módulos de Mantenimiento y Reporte ya existentes.

B. Diseño del aplicativo móvil y reportes en plataforma

Fig. 4. Prototipo de aplicativo diseñado. Cortesía LAP Technologies [11] ® Finalmente se diseñaron una serie de tableros analíticos que permitieran a los gerentes de planta y personas a cargo del monitoreo tener información resumida acerca del desempeño y energía generada de los sistemas gestionados desde ÁRTIMO. En la Figura 5 se muestra un ejemplo de los tableros analíticos, en los que se reportan los datos reales acumulados de las principales variables relacionadas con la operación de un generador, tales como las horas de operación, % conectividad, energía generada y potencia promedio, así como otros detalles de la operación.

Fig. 5. Tablero virtual de reporte para generador eléctrico. Fuente: Los autores.

REVISTA

JUNIO 2019

C. Imagen y carcasa del dispositivo La carcasa del dispositivo consiste en una impresión 3D diseñada en software especializado y fabricada inicialmente con PLA. Esta se muestra en la Figura 6.

Figura 8. Equipo CAMKIT instalado en gabinete de sistema híbrido de generación fotovoltaico durante la transmisión y monitoreo.

Fig. 6. Empaque de CAMKIT impreso en 3D. Fuente: Cortesía LAP Technologies.

En la Figura 9 se pueden apreciar por ejemplo la irradiancia, la temperatura de panel y temperatura ambiente, encontrándose en el rango de 0 a 345W/m2, 16 a 43°C y 14 a 38°C respectivamente. Por su parte, el voltaje AC y Frecuencia, a salida del inversor se muestran en la Figura 8. Ambas ﬁguras comprenden en el periodo desde el 01 de enero hasta 10 de enero de 2019.

Esta carcasa, fue probada en un entorno real analizando resistencia a vibraciones causadas por la máquina, resistencia al polvo y valoración estética. La Figura 7 muestra la disposición del hardware durante los ensayos realizados en un grupo electrógeno de 250kW propio de la Organización EQUITEL.

Fig. 9 Irradiancia y temperatura del sistema fotovoltaico de 1kW donde fue probado el hardware CAMKIT desarrollado.

Fig. 7. Hardware con armazón instalados en un genset. Fuente: Cortesía LAP Technologies. D. Visualización de variables en tiempo real. El sistema permite también visualizar variables clave de un sistema de generación en tiempo real fotovoltaico en la nube. Como ilustración de esto se muestra a continuación una prueba realizada a un sistema de generación de 1kW dispuesto en Sabaneta, Antioquia. La Figura 8 muestra los componentes de conversión y almacenamiento donde fue conectado el CAMKIT.

Fig.10. Data de frecuencia y voltaje AC reportada de enero 01 a enero 10 de 2019. En la Figura 11 se muestra un reporte con indicadores y diagramas de aguja el cual puede ser accedido bajo las credenciales del cliente y monitorear los valores de las variables en tiempo real.

REVISTA

JUNIO 2019

- Analítica en tiempo real de todas las variables de Operación de cada equipo. - Detección de eventos en la operación de equipos tales como: • Bajo nivel de batería. • Desconexión del cargador de baterías. • Accionamiento del Paro de Emergencia. • Genset en Operación. • Baja Temperatura del motor. Fig. 11. Tablero de visualización de variables resumido con diagramas de aguja y barra. V. PROPUESTA DE VALOR DE LAP TECHNOLOGIES Nuestra propuesta de valor está orientada a entregar la solución completa en la modalidad de servicio SaaS (“Solution as a Service”), y más allá de la tecnología involucrada, nuestro propósito es facilitar el proceso de adopción tecnológica y transformación digital de las empresas, mediante el entrenamiento, acompañamiento y soporte continuo durante el proceso de implementación y utilización de ÁRTIMO, de forma que puedan maximizar la productividad de sus equipos de Generación de Energía. La propuesta de valor comprende dos partes de la siguiente forma: A. Plataforma de Gestión de la Información en Tiempo Real ÁRTIMO

Gestión y Proceso de Reacción. - Encendido y parada del generador remotamente. - Administración de los tiquetes de los eventos generados por el módulo de analítica en tiempo real. - Coordinación del proceso de reacción. - Medición de los tiempos y calidad del servicio. -Registro detallado de la evolución de cada evento. Reportes y Business Intelligence. - APP Móvil para visualización desde cualquier lugar del estado de los equipos y los eventos generados durante su operación. - Dashboard analítico para toma de decisiones.

Toda la información transmitida desde el kit de telemetría es enviada a la solución ÁRTIMO, desde donde se realiza su análisis, procesamiento y administración. Algunos de los módulos que se han dispuesto para apoyar el análisis de la productividad de los activos del cliente son:

- Control de porcentaje de utilización

Administración e Inventario.

B. Servicios Especializados desde Centro de control ÁRTIMO:

- Visualización de los generadores en tiempo real - Control de inventario - Estado del generador - Hoja de vida del Equipo Diagnóstico de la Operación de los Equipos. - Medición de variables del generador (Potencia generada, velocidad del motor, temperatura refrigerante, voltaje entre líneas, voltaje batería, presión aceite motor, frecuencia). - Diferentes formas de visualización de las variables. - Reconstrucción de periodos de operación.

- Reportes de los eventos gestionados. - Reportes asociados a la operación y variables del generador

- Acompañamiento en el proceso de reacción, para lo cual se realizarán llamadas desde el CIG (Centro Integrado de Gestión) a las personas designadas por el cliente para atender los eventos que puedan surgir en cualquiera de los equipos en campo. - Monitoreo de equipos 24/7 - Gestión de eventos como paro de emergencia, bajo voltaje de batería, desconexión de cargador de baterías, alta temperatura de refrigerante. - Reportes periódicos

REVISTA

- Análisis de tendencias de operación del generador - Creación de hoja de vida para cada generador con el registro de toda la gestión - Seguimiento y control de casos a través de tickets - Ajuste de las matrices de mantenimiento preventivo de los equipos de acuerdo con su operación real. - El personal técnico podrá acceder a la plataforma en cualquier momento y/o comunicarse con el CIG para realizar cualquier aclaración que consideren pertinente. Este servicio será 24x7. C. Servicios de Transferencia Tecnológica - Deﬁnición de un kit de instrumentación ideal para cada equipo y tipo de operación.

JUNIO 2019

Se diseñó el dispositivo de manera que cumpliera los requerimientos deﬁnidos; así mismo, se desarrolló de manera iterativa el hardware y ﬁrmware del dispositivo, teniendo en cuenta las necesidades de comunicación, memoria e interoperabilidad con la plataforma, siguiendo los mejores estándares de la industria de fabricación de hardware. Por su parte, se adaptaron y crearon nuevos módulos en ARTMO para que los usuarios puedan realizar la gestión y supervisión y reportes gerenciales de sus sistemas de generación [9]. A partir de pruebas de campo en una planta piloto PV de 1kW y un sistema genset de 200kW se comprobaron de manera exitosa tanto la funcionalidad como la experiencia de usuario del sistema hardware CAMKIT y de la plataforma ÁRTIMO en sus plataforma móvil y web.

- Entrenamiento en proceso de instalación y conﬁguración. - Transferencia de herramientas y procesos. - Acompañamiento y soporte continuo. - Entrenamiento técnico en la utilización de la plataforma. - Implementación o utilización del Centro de Gestión. Para mayor información visite: www.laptechnologies.com.co VI. CONCLUSIONES Aprovechando la experiencia de Cummins de los Andes en el mercado eléctrico colombiano y visualizando la realidad de nuestro entorno, así como también, los retos que platea el futuro con la próxima llegada al país de los nuevos conceptos de “Smart Grids” (Redes inteligentes de Energía), la Organización Equitel se adelanta mediante su proceso de innovación en alianza con el CIDET, Ruta N y COLCIENCIAS, para crear una solución que permita avanzar en la creación de una Colombia más inteligente y al día con las tendencias tecnológicas requeridas para mantener la competitividad de nuestros sectores productivos. Se presenta un sistema de telemetría desarrollado como solución de gestión y monitoreo de sistemas de respaldo, generación de energía de baja capacidad: sistemas gensets, UPS y fotovoltaicos. El cual fue creado utilizando las mejores tecnologías disponibles en la actualidad a nivel mundial.

Se presenta un sistema de telemetría desarrollado como solución de gestión y monitoreo de sistemas de respaldo, generación de energía de baja capacidad: sistemas gensets, UPS y fotovoltaicos. El cual fue creado utilizando las mejores tecnologías disponibles en la actualidad a nivel mundial. Se diseñó el dispositivo de manera que cumpliera los requerimientos definidos; así mismo, se desarrolló de manera iterativa el hardware y firmware del dispositivo, teniendo en cuenta las necesidades de comunicación, memoria e interoperabilidad con la plataforma, siguiendo los mejores estándares de la industria de fabricación de hardware. Por su parte, se adaptaron y crearon nuevos módulos en ARTMO para que los usuarios puedan realizar la gestión y supervisión y reportes gerenciales de sus sistemas de generación [9]. A partir de pruebas de campo en una planta piloto PV de 1kW y un sistema genset de 200kW se comprobaron de manera exitosa tanto la funcionalidad como la experiencia de usuario del sistema hardware CAMKIT y de la plataforma ÁRTIMO en sus plataforma móvil y web. El trabajo en conjunto del Hardware, ÁRTIMO y los operadores del centro de Gestión, permite incrementar la confiabilidad y disponibilidad de los equipos, lo cual incide directamente en la productividad de la operación de los clientes.

REVISTA

JUNIO 2019

Además, el desarrollo ilustrado en el presente artículo permite, a través de Internet of Things (IoT) y una plataforma de gestión versátil y en la nube, seguir acelerando la entrada de tecnología habilitante de la hoja de ruta para el sector eléctrico de la “Colombia inteligente”. Demostrando una vez más que en Colombia tenemos talento y capacidad creativa necesaria para estar a la vanguardia tecnológica mundial, siempre que logremos trabajar como un solo equipo el sector público, la academia y la empresa privada. Esta solución ya ha empezado su ruta de comercialización en Colombia y en los países de la región donde LAP TECHNOLOGIES y la Organización Equitel cuenta con presencia y aliados estratégicos. VII. REFERENCIAS XM. Paratec [en línea], Parámetros Técnicos en Línea, 2018 [date of reference Oct 08 th of 2018],. Available at: http://paratec.xm.com.co/paratec/SitePages/generacion.aspx?q=capacidad IPSE, (2018). Estadísticas 2018. [date of reference Oct 08 th of 2018] Available at: http://190.216.196.84/cnm/imag.php?v1=1.png. UPME. Integración de las energías renovables no convencionales en Colombia, México, CONVENIO ATN/FM-12825-CO, Bogotá, 2015. Available at: http://www1.upme.gov.co/DemandaEnergetica/ INTEGRACION_ENERGIAS_RENOVANLES_WEB.pdf Xiaoli, X., Tao, C., & Yunbo, Z., “Condition monitoring and diagnosis for grid-connected photovoltaic power system” in 11th IEEE International Conference on Electronic Measurement & Instruments., 2013

ÁRTIMO. (2019). Inicio. [online] Disponible en: http://www.ÁRTIMO.com.co/ [Consultado el 14 Feb. 2019]. LAP TECHNOLOGIES. (2019). Inicio. [online] Disponible en: http://www.laptechnologies.com.co/ [Consultado el 14 Feb. 2019]. Organización Equitel. (2019). INICIO. [online] Disponible en: http://www.equitel.com.co/ [Consultado el 14 Feb. 2019]. Cidet.org.co. (2019). CIDET - Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico del Sector Electrico. [online] Disponible en: http://www.cidet.org.co/ [Accessed 14 Feb. 2019]. VIII. RESEÑA DE AUTORES Jorge Mario Cardona Osorio, recibió su título de Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones en 1996, de la Universidad del Cauca. Popayán, Colombia y tiene estudios adicionales en Sistemas de Información Tecnológica, Gestión Estratégica, Finanzas y Gestión Corporativa. Durante su carrera profesional ha trabajado en la industria de las telecomunicaciones, logística y de la energía. Ha sido empresario desde 2003, desarrollado y registrado diferentes innovaciones tecnológicas en soluciones de gestión de espectro, planificación de redes de telecomunicaciones y ha apoyado diferentes proyectos de investigación en los que la tecnología combina diferentes campos como hardware, firmware, desarrollo de software, computación en la nube, inteligencia empresarial, inteligencia artificial y otros; para crear nuevas soluciones que mejoren la productividad de las empresas.

Han, J., Jeong, J. D., Lee, I., & Kim, S. H. “Low-cost monitoring of photovoltaic systems at panel level in residential homes based on power line communication”, IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol. 63 (4), pp. 435-441., 2017. DOI: 10.1109/TCE.2017.015074.

Julián David Delgado, Ingeniero mecatrónico graduado de la Universidad Nacional de Colombia, con 5 años de experiencia como Product Manager en la empresa Lap Technologies, encargado de la hoja de ruta del producto ÁRTIMO en su vertical estacionaria.

Fu, L., & Zhang, B., The design and implementation of a UPS monitor and control system. Proceedings of 2011 International Conference on Computer Science and Network Technology., pp. 1322-1325 2013.

Daniel Chica Velásquez., recibió su grado de Ingeniería de Control en 2010 y el Máster en Ingeniería Automatización Industrial en 2012, ambos de la Universidad Nacional de Colombia. Desde 2010 hasta 2013, trabajó para el Grupo de Investigación de Tecnologías Aplicadas de la Universidad Nacional, modelando sistemas de ingeniería para multilatinas latinoamericanas en el sector eléctrico y de electrodomésticos. Actualmente trabaja como Profesional Senior para el Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico del Sector Eléctrico, CIDET en la formulación, ejecución y gestión de proyectos, principalmente enfocados con Energías Renovables.

CIER. Guía para el uso de la Norma IEEE 1547, Montevideo, 2016. http://www.cier.org/es-uy/Lists/Informes/Resumen %20IEEE%201547%20VF%202016.pdf Ministerio de Minas y Energía (2018). Borrador del proyecto de Reglamento Técnico de Instalaciones EléctricasRETIE., 2018. Disponible en: https://www.minminas.gov.co/retie . [Consultado el 14 Feb. 2019]

REVISTA

Desarrollo de Estructura BIM para la Coordinación de Ingeniería Primaria y Secundaria en Subestaciones de Alta Tensión Resumen- Este artículo presenta los conceptos fundamentales de la metodología BIM para la coordinación de ingeniería primaria y secundaria en subestaciones de alta tensión, como respuesta al proceso de innovación y digitalización que está demandando el mundo energético actual. Inicialmente se definen las plantillas para los requerimientos de ingeniería primaria y secundaria para la implementación de código o sub-rutinas automatizadas para el desarrollo de Ingenierías de Subestaciones eléctricas en Engineering Base a través de EB-Table. Posteriormente se generan las bases de datos de equipos y componentes electromecánicos con sus manuales y documentos guía particularmente en un seccionador como un elemento de una subestación eléctrica, que permitan ejecutar la ingeniería básica y detallada para finalmente obtener memorias de cálculo, diagramas unifilares con su correspondiente normatividad. De esta manera cada característica agregada y mejorada dentro del software tiene grandes ventajas como lo son la reducción de tiempo y acceso remoto al proyecto ya que se van generando cambios a nivel general de la estructura implicando cambios mínimos y al mismo tiempo que se identifican los posibles errores o ajustes necesarios. Palabras Claves- BIM, Engineering Base, LOD,

JUNIO 2019

AUTORES:

Brandom Stevens Cortes Millán Ricardo Yate Chaparro Siemens Colombia

Oscar David Flórez Cediel Universidad Distrital I. INTRODUCCIÓN El concepto de modelado hace mención a una definición amplia y general la cual se refiere a tomar información del mundo real, convertirla en formatos digitales y usar dicha digitalización para realizar análisis matemáticos, además de entender cómo se relacionan diferentes objetos y/o estructuras. Con el desarrollo del software CAD (computer-aided design) o diseño asistido por computador, en español. Como herramienta que ha venido evolucionando de forma secuencial de acuerdo a las necesidades y retos que se presentan, ha permitido en los últimos años modelar desde pequeños dispositivos hasta aplicaciones más complejas en las grandes industrias, cabe anotar que la evolución de las nuevas tecnologías día a día exigen mayor eficiencia e innovación en los productos por lo que se ha venido mejorando la interfaz del software hasta llegar a tener toda la información en la nube y con la ventaja de acceder desde el entorno de trabajo o de forma remota. Un aspecto esencial que se ha transformado a nivel social ha sido la forma de trabajo, ya que las nuevas generaciones demandan un entorno laboral más agradable y con exigencias flexibles en cuanto a horarios, tornándose en trabajo desde casa o lo más conocido como FreeLancer, adicionalmente los nuevos entornos globales de trabajo se han direccionado en la interacción de diferentes agentes y/o profesionales en búsqueda de un mismo objetivo.

REVISTA

JUNIO 2019

Todo lo anterior integrado en todo un conjunto a nivel profesional y en proyectos de infraestructura ha dado como resultado el BIM (Building Information Modeling) el cual va más allá de tener una estructura en tercera dimensión, transcendiendo a una réplica virtual del proyecto con sus características físicas y técnicas llevando un proceso real de la construcción. Además, analiza el contexto en el cual se desarrolla el proyecto y con la gran ventaja de que los diferentes actores que intervienen en las diferentes etapas del proyecto van a trabajar de forma colaborativa dentro de un mismo entorno dando como resultado la reducción de tiempos, por supuesto optimizando el resultado, al tener control de cambios y ajuste general automático de la estructura de las diferentes variables modificadas en el software. La aproximación integrada del modelo BIM no solo ofrece un incremento significante en la productividad sino que sirve como base para diseños mejor coordinados y para procesos de construcción basado en el modelo central coordinado. Esto indica que la herramienta de creación BIM debería cubrir completamente el flujo de trabajo BIM independiente del cambio o evolución de las y/o de flujos de trabajo en cada proyecto. Por lo tanto, es una cuestión vital si el diseño, la documentación, la realización y el funcionamiento de la subestación eléctrica son soportados por la herramienta BIM, empezando por el diseño conceptual hasta la documentación del mismo, pasando por construcción, administración, gestión de la construcción y finalmente, la gestión de instalaciones. [1] Durante el proceso de ingeniería de diseño de subestaciones de alta tensión, la empresa Siemens S.A. está integrando el concepto de modelo BIM, donde actualmente el flujo de datos se realiza a través de la red interna de la empresa, el Modelo BIM se contempla en la unidad de negocios Transmition Solutions, la cual busca la integración de ambas unidades en el desarrollo de la ingeniera que se lleva a cabo en el diseño eléctrico ya sea aplicado para la ingeniería básica o de detalle, siendo capaz de hacer una gestión optima de cambios, puesto que los datos se almacenan en un lugar central en un modelo (BIM) cualquier modificación del diseño se replicará automáticamente en cada documento de reporte, tales como planos de planta, secciones alzados, tablas etc. Como definición de BIM y una mirada superficial se identifica que este software no sólo ayuda a la creación de la documentación de forma más rápida sino que también proporciona la garantía de calidad rigurosa en la coordinación automática de los diferentes puntos de vista. [1]

II. BUILDING INFORMATION MODELING – BIM Es una plataforma unificada que conecta los datos de cualquier proyecto en tiempo real desde el diseño hasta la construcción, lo que fortalece la toma de decisiones informada y lleva a resultados más predecibles y rentables. El modelo virtual también brinda la capacidad de simular todos los aspectos del edificio, como la seguridad, la comodidad del edificio y la eficiencia energética, durante todas las fases del ciclo de vida del edificio. La salud y el bienestar de los trabajadores de la construcción dependen de estos factores. Al aumentar la transparencia, el riesgo se puede minimizar para los inversores, propietarios y operadores. [2]

La digitalización está abriéndose camino en la industria de la construcción a través del modelado de información de construcción (BIM). BIM es un proceso asistido digitalmente para planiﬁcar, construir y operar estructuras, está dando a las grandes industrias un fuerte aumento de la productividad y se espera que gane en importancia con el tiempo. Ahora, la división de tecnologías de construcción de Siemens ha desarrollado material de datos BIM adecuado para este método de planiﬁcación.

Figura 2: Digitalización con BIM. Tomado de [4]

REVISTA

III. REVIT Este Software está diseñado específicamente para Building Information Modeling (BIM), el cual permite a los profesionales del diseño e ingeniería llevar un proceso coordinado desde el concepto a la construcción con un enfoque basado en modelos. Incluye la funcionalidad de todas las disciplinas en una interfaz unificada; Permitiendo el diseño y documentación mediante la generación de planos de planta, elevaciones, secciones, horarios, vistas 3D y representaciones. Optimiza el rendimiento de la estructura realizando estimaciones de costos y supervisión de los cambios y rendimiento durante la vida útil del proyecto y de la estructura con la extensión del diseño a la realidad virtual. Revit es una plataforma BIM multidisciplinaria, puede compartir datos de modelos con ingenieros y contratistas dentro de Revit, lo que reduce las tareas de coordinación. [5] Inicialmente se realiza la clasificación y ordenamiento dentro de la base de datos específicamente para ingeniería primaria. Por lo cual es importante tener presente el concepto de familias en el software. Las familias de Revit son todos los elementos que pueden ser añadidos a un proyecto, estas tendrán una serie de propiedades según el elemento que sea y la función que cumpla en el modelo. Es imprescindible saber que las familias no solo son elementos que componen el modelo, es decir, “simples elementos 3D”, las familias contienen una serie de parámetros que serán los que den valor al modelo virtual, gracias a estos se pueden realizar análisis, mediciones, presupuestos y mucha más documentación esencial para la elaboración del proyecto [6]. Engineering Base (EB) es la plataforma para una cooperación de ingeniería altamente eficiente. EB está orientado a objetos, con la base de datos SQL utilizada en las herramientas de ingeniería asistida por computadora (CAE) que ofrece ingeniería eléctrica, instrumentación y soluciones de energía para diferentes industrias. Esta tecnología de software pionera garantiza una alta disponibilidad y un manejo intuitivo durante el proceso. n Revit se totalizan distintos programas, los cuales permiten desde una única herramienta integrar los procesos necesarios para la correcta gestión de los documentos, el modelamiento, simulaciones, estimación de tiempos, mantenimiento entre otros. La importancia radica en que todos están intercomunicados lo que representa que en caso de alguna modificación se aplicaría de forma automática a todo el proyecto y/o documentos autogenerados manteniendo la información relevante del proyecto.

JUNIO 2019

Se identifican seis etapas principales en el desarrollo del proyecto con entorno BIM y son llamadas dimensiones. En la primera dimensión (Scratch Point) se produce el origen del proyecto, lo cual hará que se estructuren los procesos correspondientes para su posterior puesta en marcha. En la segunda dimensión (Vector) se realizan las actividades de diseño y calculo para el desarrollo de un proyecto básico. En la tercera dimensión (Modelling) se introducen los datos y parámetros del modelo para todas las disciplinas relacionadas. La cuarta dimensión (Planning) se planifica el proyecto y todos los trabajos que lo integren para llevarlo a cabo, mediante diagramas de Gantt o similares. En la quinta dimensión (Cost Control) se estiman los costos y gastos relacionados para determinar la rentabilidad y hacer los ajustes necesarios en las dimensiones anteriores. Finalmente la sexta dimensión (Sustainability) permite estimar la gestión de los recursos y las posibilidades de ahorro para la toma de decisiones en varios aspectos como ambiental, energético, técnico, entre otros. La ingeniería primaria que parte con una oferta al cliente de acuerdo a las necesidades y/o requerimientos del mismo, donde se da inicio al ciclo del proyecto y se tiene la necesidad de potenciar el software utilizado con el fin de reducir tiempos a través de platillas y modelos. Aunque se debe tener en cuenta la etapa y los cambios que se realizarán de forma secuencial. Dentro de esta área se maneja el LOD BIM, que se encarga de identificar la etapa en la que se encuentra el proyecto con la información respectiva y su representación en el software para continuar su elaboración y permitiendo realizar los cambios adecuados, resaltando los que posiblemente generen problemas en la infraestructura. Teniendo en cuenta que acá se van a ir agregando elementos en el diseño es necesario tener las bases de datos de cada dispositivo donde se especifique cada equipo con sus respectivas familias, categorías, características y su parametrización de tal modo que todo este registrado y se tenga todo el conocimiento posible del proyecto. Lo que significa que a mayor información mayor domino del proyecto y más cerca será su construcción virtual a la real. LOD (Level Of Development) es la escala que informa hasta que punto se ha desarrollado un elemento del modelo, en cuanto a su geometría y la información relacionada con él. Adopta estándares internacionales y los modelos de desarrollo están diseñados específicamente para varias etapas de diseño, visualización 3D, cantidades de calibre de construcción, programación, estimaciones, control de producción en el sitio y fabricación [7]. Los diferentes niveles se especifican a continuación y se presentan en la figura 3.

REVISTA

JUNIO 2019

LOD 100: El elemento del modelo puede representarse gráficamente en el modelo con un símbolo u otra representación genérica, pero no cumple con los requisitos para el LOD 200. Información relacionada con el elemento del modelo (es decir, costo por pie cuadrado, tonelaje de HVAC, etc.) Se puede derivar de otros elementos del modelo. LOD 200: El elemento del modelo se representa gráficamente dentro del modelo como un sistema, objeto o conjunto genérico con cantidades, tamaño, forma, ubicación y orientación aproximados. También se puede adjuntar información no gráfica al elemento del modelo. LOD 300: el elemento del modelo se representa gráficamente dentro del modelo como un sistema, objeto o conjunto específico en términos de cantidad, tamaño, forma, ubicación y orientación. también se puede adjuntar información no gráfica al elemento del modelo. LOD 350: el elemento del modelo se representa gráficamente dentro del modelo como un sistema, objeto o conjunto específico en términos de cantidad, tamaño, forma, orientación e interfaces con otros sistemas de construcción. también se puede adjuntar información no gráfica al elemento del modelo. LOD 400: El elemento del modelo se representa gráficamente dentro del modelo como un sistema, objeto o conjunto específico en términos de tamaño, forma, ubicación, cantidad y orientación con información detallada, de fabricación, de ensamblaje y de instalación. También se puede adjuntar información no gráfica al elemento del modelo. LOD 500: El elemento modelo es una representación verificada en el campo (es decir, como se construyó) en términos de tamaño, forma, ubicación, cantidad y orientación. También se puede adjuntar información no gráfica a los Elementos del Modelo. [8]

Figura 3: Niveles LOD de BIM. Tomado de [9]

IV. IMPLEMENTACIÓN DEL BIM EN SUBESTACIONES ELÉCTRICAS Iniciando con la identificación de cada una de las directrices de la empresa y la forma en la que se presentan los diferentes proyectos que son necesarias para llevar a cabo los procesos de diseño, seguido por unas capacitaciones en el software de diseño de energía primaria y secundaria “Engineering Base” y “Revit”. A continuación se iniciará el levantamiento de bases de datos de los equipos y plantillas que hacen parte la ingeniería de diseño en el cual se revisarán los manuales e interoperabilidad de dichos elementos con el fin de que si es necesario hacer una modernización o adaptación esta se haga mediante el uso del nuevo software. Posteriormente, se tiene planeado iniciar con la etapa de clasificación de equipos según su funcionalidad e identificar los requisitos que se tienen según se adapten a sus especificaciones técnicas. Teniendo en cuenta todo lo anterior se procederá a la realizar el desarrollo de esquemáticos y diagramas Z de los equipos utilizados y a completar la base de datos existente. Los diagramas Z son los esquemáticos de los equipos de protecciones en donde se encuentran los puntos de conexión, terminales, salidas y entradas binarias, alimentación entre otros, sirven para identificar y cruzar las conexiones del equipo. Con el fin de entregar el proyecto consolidado, finalmente se realizará un entregable en donde se explique el procedimiento que se siguió para el desarrollo de los equipos y que sea el manual guía para el desarrollo de futuros modelos que se requieran en la alimentación continua de la base de datos del sistema. La información de la tabla se lleva a una hoja de cálculo que posteriormente será importada al software Revit. Luego usarla para dimensionar y caracterizar el equipo que el cliente requiera. No se debe perder de vista este proceso para el equipo es a modo de ejemplo ya que son diferentes los dispositivos de ingeniería primaria anteriormente nombrados a los cuales se les hizo el mismo procedimiento. A partir de la organización y depuración de las bases de datos que emplea el área de ingeniería dentro de la organización, para esto se hizo necesaria la aplicación de una estructura y categorización de equipos, modelos y documentación implementada en las fases del ciclo de ingeniera primaria, como se muestra en la figura 4.

REVISTA

JUNIO 2019

Figura 4: Organización y depuración de la base de datos

Figura 5: Especiﬁcaciones de un equipo para diferentes niveles de tensión

De acuerdo a la clasiﬁcación se dan las siguientes propiedades para entender la base de datos. El primer número hace alusión al tipo de estructura que se está empleando, el proceso se desarrolló únicamente con el código 04 al que se le asignan los equipos de potencia como lo son interruptores, seccionadores, descargadores de sobretensiones, transformadores de instrumentos (CT’s, PT’s), además de muchos sistemas de compensación como lo son FACTS, bancos de condensadores y elementos inductivos. También en esta categoría se encuentran equipos de ingeniería secundaria como lo son paneles fotovoltaicos, baterías, cargadores, celdas de media tensión, entre otros. Conjuntamente, en la categorización se encuentran obras de carácter civil y arquitectónico.

La información de la tabla se lleva a una hoja de cálculo que posteriormente será importada al software Revit. Luego usarla para dimensionar y caracterizar el transformador que el cliente requiera. No se debe perder de vista este proceso para el equipo es a modo de ejemplo ya que son diferentes los dispositivos de ingeniería primaria anteriormente nombrados a los cuales se les hizo el mismo procedimiento.

Para la base de datos que se emplea en la unidad de negocios Transmission Solutions-TS, se procedió a organizar toda la información disponible de los equipos en carpetas debidamente catalogadas. Teniendo en cuenta que el tipo de estructura de cada equipo, pertenece a una familia o subcategoría la cual se representa por el segundo dígito y de esta forma la lectura y el manejo de información de la base de datos se hace más fluida y con un mejor entendimiento. Específicamente, en este segundo dígito se encuentran componentes y familias como lo son, CT’s y PT’s, seccionadores, elementos pasivos, HVDC, entre otros. Cabe mencionar que existen diferentes carpetas que contienen información acerca del diseño general de la subestación, es por eso que se habla de subcategorías ya que dentro de cada carpeta principal se tienen equipos a utilizar con sus respectivas descripciones y especificaciones técnicas. El diseño debe de ir de la mano con la información del equipo que se está modelando, es por eso que con la metodología BIM se puede modificar el equipo si se requiere. En la figura 5 se aprecia la información entregada por un fabricante.

Con las tablas de especificaciones técnicas para los diferentes equipos ya digitalizadas, se puede utilizar la metodología BIM pues al cambiar el nivel de tensión o el transformador (equipo), el programa buscará los parámetros que se modifican y actualizará las condiciones que dependen de ellos, por ejemplo el modelo se creó con un parámetro “D” el cual hace referencia a la altura del mismo, pero de este mismo parámetro se crean ciertas condiciones las cuales coordinan diferentes alturas que el transformador posee, de esta forma solo con modificar un parámetro, varía la altura del radiador, de las bases y puertas. A continuación se presenta el caso particular aplicado a un seccionador tripolar, entre muchos equipos de una subestación [10].

Figura 6: Seccionador tripolar 115 kV.

REVISTA

JUNIO 2019

Ahora, el modelo de unos seccionadores de apertura central, los cuales el diseño está basado en el uso de familias y su jerarquía. Como se puede observar en la ﬁgura 7, el seccionador está compuesto por sus 3 fases y cada una de ellas por un aislador tipo poste. En este orden se modela el seccionador siguiendo la jerarquía de familias por la cual la cúspide de la pirámide es el seccionador tripolar, seguido por el seccionador monopolar y por último el aislado tipo poste que los conforma.

Tercera familia (aislador tipo poste): Esta es la base de donde se parte para poder modelar el seccionador de apertura central.

Familia Principal (Seccionador Tripolar). En esta familia se expone el seccionador con sus tres fases, el cual es utilizado en el proyecto que se necesite, que siguiendo con la metodología BIM, se puede cambiar dependiendo el nivel de tensión en la cual se trabaje. Subfamilia (Seccionador Monopolar): Esta subfamilia está compuesta por dos aisladores tipo poste con todas sus dimensiones, y elementos de apertura.

Figura 8: Aislador tipo poste La jerarquía que sigue el equipo o elemento es la que se aprecia en la ﬁgura 9.

Figura 9: Configuración final del seccionador Como se mencionó anteriormente, el modelo está construido bajo la metodología BIM, lo cual permite que el flujo de información sea a través de los diferentes niveles del proyecto, en el caso del seccionador si se cambia el nivel de tensión a trabajar, el modelo es autónomo y cambia su estructura, a modo de ejemplo en la figura 11 se puede observar un seccionador de 500 KV junto con uno de 115 KV.

Figura 7: Seccionador monopolar

Academia

REVISTA

JUNIO 2019

VI. REFERENCIAS [1] https://www.graphisoft.es/archicad/open_bim/about_bim/ [2] https://bim360.autodesk.com/ [3] Whitepaper Digital Twin Siemens. [4] https://siemens.com/global/en/home/ products/buildings /digitalization/bims/5 [5] https://www.autodesk.com/education/revit Figura 11: Simulación del seccionador a diferentes niveles de tensión La parametrización se realiza porque la metodología BIM implica que el uso de cualquier dispositivo dentro del proyecto genere los cambios necesarios en toda la estructura, como resultado se tienen dispositivos más automatizados minimizando el error en la adaptación en cuanto a medidas. registrándose dentro de una base de datos. V. CONCLUSIONES La implementación de nuevas tecnologías en el desarrollo de procesos dentro de la empresa, permite que las soluciones a los clientes sean en menos tiempo, eficientes y de calidad. Por eso, el mejoramiento y en este caso el uso de la metodología BIM para el desarrollo de proyectos marca un punto importante entre lo convencional y lo moderno en cuanto a construcción de infraestructuras e interacción de los diferentes profesionales involucrados. El proceso de digitalización está brindando un avance tecnológico enorme. En referencia al campo energético, la demanda de electricidad tiene un crecimiento exponencial y los retos que tiene la compañía es proporcionar soluciones en corto tiempo pero eficientes y esto lo logra con profesionales capaces de dar respuesta y soluciones a los desafíos que se presenten. Cada característica agregada y mejorada dentro del software tiene grandes ventajas como lo son la reducción de tiempo y acceso remoto al proyecto ya que se van generando cambios a nivel general de la estructura implicando cambios mínimos, al mismo tiempo que se identifican los posibles errores o ajustes necesarios para adecuar la estructura.

[6] https://revistadigital.inesem.es/diseno-yartes-graﬁcas/familias-revit [7] https://www.redstackshop.com.au/ levels-of-development-levels-of-detail-lod-explained. [8] https://www.srinsofttech.com/bimlevel-of-development-lod-300-400-500.html. [9] http://www.hildebrandt.cl/dimensiones -bim-proyectos-de-alta-complejidad/ [10] C. F. Ramirez. “Subestaciones de Alta y Extra Alta Tensión”, HMV Ingenieros Ltda. Colombia, 2003. VII. AUTORES Brandom Stevens Cortes Millán: Ingeniero Eléctrico de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Ingeniero de proyectos de la división Energy Management-Digital Grid, Siemens Colombia. brandom.cortes_millan.ext@siemens.com Ricardo Yate Chaparro: Ingeniero Electricista de la Universidad Nacional de Colombia, Especialista en Finanzas de la Universidad del Rosario y Master en Innovación y Emprendimiento OBS Business School, Universidad de Barcelona. Actualmente Gerente Energy Management - Digital Grid en Siemens Colombia. ricardo.yate@siemens.com Oscar David Flórez Cediel: Ingeniero Electricista, Especialista en Telecomunicaciones de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Especialista en Instrumentación Electrónica de la Universidad Santo Tomás y Especialista en Sistemas de Transporte y Distribución de Energía de la Universidad de Los Andes. Magister en Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Los Andes. Actualmente es docente asociado de tiempo completo de Ingeniería Eléctrica y Electrónica y miembro del grupo de investigación LIFAE de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. odﬂorez@udistrital.edu.co

REVISTA

Integración de los Recursos Energéticos Distribuidos en el Sistema Eléctrico Colombiano

JUNIO 2019

AUTORES:

Diego Edison Sánchez Ochoa CIDET

Juan David Molina Castro Colombia Inteligente

Luisa Fernanda Buitrago Universidad de MEDELLIN

Jaime Alejandro Zapata XM Resumen— Este documento contiene una revisión de la integración de los recursos energéticos distribuidos en el sistema eléctrico colombiano, en el cual se identiﬁcan los principales catalizadores para aumentar el nivel de penetración de este tipo de recursos y aprovechar sus beneﬁcios, como la automatización de la red, el despliegue de la infraestructura de medición avanzada, el diseño de nuevos modelos de negocio, la implementación de microrredes sostenibles en el sistema interconectado nacional y las zonas no interconectadas, y criterios de ciberseguridad, interoperabilidad y gobernanza de datos. Palabras Clave— Recursos energéticos distribuidos, generación distribuida, almacenamiento de energía, vehículos eléctricos, respuesta de la demanda.

I. INTRODUCCIÓN Los Recursos Energéticos Distribuidos, DER por sus siglas en inglés, son entendidos como los recursos energéticos gestionables que se encuentran conectados en las redes de distribución o en las instalaciones de los usuarios finales, como por ejemplo las fuentes primarias dedicadas a la autogeneración y generación distribuida, el almacenamiento de energía, los vehículos eléctricos y las cargas eléctricas controlables [1]. Durante décadas, los sistemas eléctricos se expandieron bajo soluciones convencionales de grandes sistemas de generación y transmisión para suministrar grandes bloques de energía a los sistemas de distribución, con flujos unidireccionales y un papel pasivo del usuario, ubicado al final de la cadena productiva. Sin embargo, junto con la industrialización, la electrificación y la evolución tecnológica de los procesos, se dio la posibilidad de utilizar nuevas tendencias tecnologías para la producción y consumo de energía cercanas a las zonas de consumo. De esta manera, la disponibilidad de tecnologías con la capacidad de producir energía de forma costo-eficiente a menor escala y recursos energéticos disponibles en lugares cercanos al usuario final están transformando la estructura de los sistemas. Además, el avance en tendencias tecnológicas de la información y las telecomunicaciones, así como capacidades en procesamiento y uso de la información conllevan a una transformación basada en tres principios fundamentales, la descentralización gracias a la integración de los DER, la digitalización derivada de las tecnologías de la información y las telecomunicaciones, y la descarbonización en las fuentes y los usos de la energía [2].

REVISTA

JUNIO 2019

Fig. 1 Tendencias tecnológicas en recursos energéticos distribuidos [1] En cuanto al impacto en las redes de distribución, la conexión de los DER tiende a cambiar la forma en que se planean y se operan los sistemas, especialmente por la probabilidad de presentarse flujos bidireccionales, lo cual implica un ajuste en las protecciones, y en los dispositivos encargados de controlar variables de tensión y de frecuencia. Así como, el uso de herramientas para la automatización de la red y un mayor uso de información para optimizar la operación del sistema eléctrico y sus activos [1]. Este tipo de recursos energéticos pueden estar conectados al interior de las instalaciones de los usuarios y a los sistemas de distribución; en ambos casos, el uso de la información juega un papel fundamental, para la eficiente implementación del Internet de las Cosas (IoT) y la masificación de la AMI. Lo anterior muestra un papel cada vez más activo por parte del usuario dentro de la toma de decisiones en el sistema, gracias a la posibilidad que tiene de gestionar su consumo con equipos de control directo de carga y de inyectar energía a la red a través de los recursos energéticos instalados detrás de su medidor, tales como el almacenamiento, los vehículos eléctricos y los propios generadores. En este contexto, es posible que los dispositivos conectados a la red eléctrica modifiquen su comportamiento energético, de acuerdo a las condiciones de las instalaciones del usuario o del sistema eléctrico en general [3]. II. CONTEXTO COLOMBIANO En Colombia, el marco político para integración de la AutoGeneración a Pequeña Escala (AGPE) y Generación Distribuida (GD), así como los lineamientos en respuesta de la demanda fueron establecidos en la Ley 1715 de 2014, que tiene como objetivo la integración de fuentes no convencionales de energía, principalmente de origen renovable y el uso eficiente de la energía. Además, la expedición del documento CONPES 3934 donde se estableció la política de crecimiento verde para el país y en los decretos del Ministerio de Minas y Energía 2469/14, 038/17 y MME 348/17 se definieron los lineamientos de política descritos en la Ley.

En cuanto a los instrumentos regulatorios para la integración de la AGPE y la GD, durante el año 2018 la Comisión de Regulación de Energía y Gas - CREG, expidió las resoluciones 030/18 y 038/18 por las cuales se regulan dichas actividades para el sistema interconectado nacional y las zonas no interconectadas, respectivamente. En el caso de los mecanismos de respuesta de la demanda, en el marco regulatorio colombiano existe el programa de Demanda Desconectable Voluntaria - DDV, regulada mediante la resolución CREG 063/10 que opera como anillo de seguridad del cargo por conﬁabilidad; además han operado algunos programas temporales como “Apagar Paga”, que se utilizó como respuesta al fenómeno del niño que enfrentó el sistema eléctrico entre 2015 y 2016, regulado con las resoluciones CREG 011/15, 029/16, 039/16 y 049/16. En el caso de los vehículos eléctricos y el almacenamiento de energía, no existen lineamientos de política especíﬁcos. No obstante, en el caso del almacenamiento, la CREG ha puesto en consulta la resolución CREG 127/18, por medio de la cual se busca integrar soluciones de almacenamiento con baterías para prestar servicios a la red (sistema de transmisión nacional). En la Fig 2, se muestra una evaluación cualitativa del nivel de adopción de los DER en el caso colombiano, considerando importante generar el ecosistema que pueda llevar el nivel de adopción desde el estado actual (baja adopción) hacia una integración masiva. Como se puede observar, a pesar de los adelantos en la construcción de un marco político y regulatorio para la integración de DER, su nivel de adopción en el país es bajo, iniciando con instalaciones de AGPE/GD, y el despliegue de medidores avanzados realizado por algunos operadores de red. Adicionalmente, la penetración de vehículos eléctricos es baja, al igual que las instalaciones de almacenamiento de energía a nivel residencial y la participación de la respuesta de la demanda de acuerdo con las fases descritas por Lawrence Berkeley National Lab [4].

Fig. 2 Tendencias tecnológicas en recursos energéticos distribuidos [1]

REVISTA

Para acelerar la adopción de este tipo de recursos en los sistemas eléctricos se requieren cambios políticos, regulatorios y normativos, así como nuevos modelos de negocio que permitan maximizar los beneficios para los diferentes interesados, además de eliminar barreras de carácter tecnológico. Por lo anterior, la iniciativa Colombia Inteligente ha adelantado acciones con el propósito de acelerar la inserción de los sistemas inteligentes en el sistema eléctrico colombiano, especialmente en lo relacionado a los DER. Para ello ha construido una serie de documentos de referenciamiento y grupos de trabajo colaborativo en cada una de las tendencias tecnológicas asociadas a los DER, tales como la respuesta de la demanda, la conexión de la autogeneración y la generación distribuida, el almacenamiento de energía y los vehículos eléctricos, encontrando una serie de requerimientos que son necesario acelerar para integrar eficientemente las nuevas tendencias tecnológicas. En primer lugar, para lograr el empoderamiento de los usuarios y una mayor conciencia de su consumo energético, es necesario habilitar la señal de precio intradiaria para todos los tipos de usuarios, inicialmente de carácter voluntario, en el cual el usuario pueda decidir si participa o no en este tipo de tarifas de acuerdo a la percepción de los beneficios. Adicionalmente, es necesario definir el esquema de participación en los diferentes mecanismos de respuesta de la demanda mediante la figura de agregador de DER, analizando la participación de los nuevos agentes, así como de los existentes. Además, es necesaria la estandarización y normatividad para la conexión de recursos energéticos distribuidos de acuerdo a estándares internacionales como IEEE 1547 e IEC 61727, especialmente en la homologación para el caso colombiano y la actualización del código de redes, la NTC 2050 y el RETIE, fomentando la industria nacional en la producción de bienes y servicios asociados a los DER. Así mismo, se deben diseñar procedimientos para la conexión de los DER, eliminando barreras innecesarias para los promotores y manteniendo la seguridad del sistema, además de definir la arquitectura de referencia y protocolos estándar de los centros de control (dominios de la operación y de gestión de la medida) considerando la inserción masiva de este tipo de recursos. En consecuencia se debe evaluar el impacto de la conexión de los DER en la red (tensión, cargabilidad, protecciones, flujos bidireccionales), el avance de los indicadores de desempeño y la inserción de los recursos energéticos distribuidos. Por último, es necesario integrar eficientemente los DER dentro de los planes de inversiones de las empresas del sector y construir modelos de negocio que habiliten la prestación de servicios en el sistema eléctrico.

JUNIO 2019

III. CATALIZADORES PARA MASIFICAR LOS DER A continuación, se listan aquellos elementos transversales y acciones que se han identiﬁcado para soportar y acelerar la transformación del sector eléctrico y lograr, entre otros aspectos, la integración de los DER en el sistema eléctrico colombiano, tales como fomentar el despliegue tecnológico para la automatización de la red, la ciberseguridad, interoperabilidad y gobernanza de datos, la infraestructura de medición avanzada, el desarrollo microrredes sostenibles y la implementación de nuevos modelos de negocio como se muestra en la Fig 3.

Fig. 3 Catalizadores para masificar DER [5] El primer elemento catalizador para la masificación de los DER es la automatización de la red, teniendo en cuenta que la integración en los sistemas eléctricos convencionales, especialmente en los sistemas de distribución, caracterizados por una topología radial en baja tensión y alta resistividad, puede traer impactos significativos tanto de forma positiva como de forma negativa. Con el objetivo de aprovechar los beneficios, manteniendo la seguridad y confiabilidad de los sistemas, es necesario dotar las redes de herramientas de elementos automatizados que permitan controlar los flujos de potencia, mantener el control de tensión y la estabilidad general del sistema. El segundo elemento tiene que ver con los criterios de interoperabilidad, ciberseguridad y gobernanza de datos, debido a que para cumplir con las funcionalidades de los DER es necesario que los dispositivos estén en la capacidad de conectarse, operar y comunicarse en cualquier lugar; para conseguirlo se debe garantizar la interoperabilidad, compatibilidad, confiabilidad, y seguridad en las operaciones. El uso masivo de los DER plantea retos importantes en torno a la seguridad y protección de los sistemas cibernéticos y físicos, en su desarrollo pueden ser apropiadas varias políticas, planes de gestión, protocolos y normas utilizadas en la actualidad en temas de ciberseguridad. Sin embargo, debido a las características de algunas implementaciones de los DER, es necesario desarrollar estrategias para gestionar los riesgos asociados.

REVISTA

JUNIO 2019

El tercer catalizador es la masificación de la infraestructura de medición avanzada, gracias a la disponibilidad de información en intervalos de tiempo muy cortos y a nuevas funcionalidades disponibles, que abren la posibilidad de operar el sistema de forma confiable con altas penetraciones de DER. La AMI es el conjunto de hardware, software, arquitecturas y redes de comunicación necesarias para la comunicación bidireccional entre usuario y proveedor del servicio con el fin de mejorar la prestación del servicio utilizando las ventajas de la operación remota en función de las capacidades tecnológicas y las necesidades del mercado. Uno de los conceptos asociados a los DER son las microrredes, convirtiéndose en el cuarto catalizador, entendidas como sistema eléctrico que integra demanda (cargas) y recursos energéticos distribuidos, con la capacidad de operar bajo criterios técnicos, económicos y socioculturales durante un periodo de tiempo indefinido, cuenta con diferentes niveles de automatización, bien sea de modo aislado o interconectado a una red principal, partiendo desde la conexión de autogeneración o generación distribuida, hasta el control coordinado con otras microrredes, pasando por diferentes niveles de integración de otros recursos energéticos como el almacenamiento y la respuesta de la demanda [5]. Finalmente, el sector está bajo una transformación energética, ésta no solo incluye la transición energética sino también la transformación digital, entre otros cambios tecnológicos que generan nuevas tecnologías y servicios. Por ejemplo, la transformación digital en el sector eléctrico es un proceso que tiene como objetivo interconectar los activos al ecosistema digital, centrados en el cliente de un modo inteligente. Es un proceso que genera nuevos modelos de negocio apalancados por el uso de las tecnologías digitales. De esta manera, para habilitar los modelos de negocio emergentes asociados a los DER es necesario explotar los beneficios de las nuevas tecnologías y eliminar barreras innecesarias de acceso a los mercados, en caso de existir. En ese sentido, se requieren ajustes en la forma convencional en que se financia o remunera las actividades del sector, para proporcionar mayor certeza en la recuperación de las inversiones y mayor flexibilidad en el diseño mecanismos como en el de las tarifas del servicio. IV. AGRADECIMIENTOS A las empresas y entidades miembro de la red colaborativa Colombia Inteligente, red conformada por empresas y entidades, para la inserción integral y eficiente de las redes inteligentes a la infraestructura del sector eléctrico colombiano con el propósito de disminuir riesgos y maximizar beneficios a los actores de interés.

V. BIBLIOGRAFÍA

D. Sánchez, «Planeacion de sistemas de distribución considerando Recursos Energéticos Distribuidos,» Universidad Nacional de Colombia, Medellín , 2018. WEF, «Frameworks for the Future of Electricity Leading the Transformation through Multistakeholder Cooperation,» 2017. Colombia Inteligente, «Lineamientos estrategicos para habilitar la demanda activa en el sistema eleéctrico colombiano,» 2018. L. Kristov, P. De Martini y L. Schwartz, «Distribution System in a high distributed energy resources future,» 2015. M. F. Zia, E. Elbouchikhi y M. Benbouzid, «Microgrids energy management systems: A critical review on methods, solutions, and prospects,» Applied Energy , 2018. RESEÑA AUTORES Diego Edison Sánchez Ochoa: Profesional de proyectos d e C I D E T y c o o r d i n a d o r d e i n v e s ti g a c i ó n y referenciamiento de la red colaborativa Colombia Inteligente, ingeniero electricista y candidato a magister en ingeniería eléctrica de la Universidad Nacional de Colombia. Juan David Molina Castro: Líder de Gestión de la red colaborativa Colombia inteligente. Ingeniero electricista y Magister de la Universidad de Antioquia, especialista de la Universidad Nacional de Colombia. Magister y Doctor en sistemas de potencia de la Pontificia Universidad Católica de Chile. Luisa Fernanda Buitrago: Docente en la Universidad de Medellín y Facilitadora de Trabajo Colaborativo de la red colaborativa Colombia Inteligente. Ingeniera electricista de la Universidad Nacional de Colombia, especialista de la Universidad Pontificia Bolivariana y magister en ingeniería de la Universidad de Antioquia. Jaime Alejandro Zapata: Gerente del Centro Nacional de Despacho en XM y presidente de la red colaborativa Colombia Inteligente, ingeniero electricista de la Universidad Pontificia Bolivariana, con especialización en derecho de los negocios de la Universidad Externado de Colombia y maestría en economía de la Universidad Eafit.

Certificaciรณn

REVISTA

JUNIO 2019

Laboratorio “Autogeneración Solar El Parnaso” de Electrificadora de Santander SA ESP Resumen— La energía solar es una de las fuentes de energía limpia por excelencia y con un gran potencial de desarrollo en el país. Es por ello que desde el mes de febrero de 2018, Electrificadora de Santander SA ESP – ESSA, puso en marcha en el municipio de Barrancabermeja, Santander, el laboratorio a escala real con tecnología solar fotovoltaica de mayor capacidad instalada en Colombia hasta la fecha en el uso de inversor DC/AC por módulo, denominado “Autogeneración Solar El Parnaso”. La finalidad de este proyecto es funcionar como un laboratorio generador de conocimiento aplicado. En este artículo, se describen algunos de los elementos instalados que componen el sistema y posteriormente se caracteriza, resaltando cada panel como una unidad independiente de generación. Finalmente, se aborda un seguimiento del proyecto mediante el método de performance ratio con el fin de estudiar la eficiencia energética y la fiabilidad de la planta. Abstract— Solar energy is one of the sources of clean energy for excellence and with great potential for development in the country. Because of this, since February 2018, Electrificadora de Santander SA ESP ESSA, launched in the city of Barrancabermeja, Santander, the full scale laboratory with solar photovoltaic technology with the highest installed capacity in Colombia until the date, using DC / AC inverter per module, called "Parnaso Solar Autogeneration System". The purpose of this project is to work as a laboratory that generates applied knowledge. In this article, some of the installed elements that set up the system are described and subsequently characterized, highlighting each panel as an independent generation unit. Finally, a follow-up of the project is addressed through the performance ratio method in order to study the energy efficiency and reliability of the plant.

AUTOR:

Guillermo Andrés Beltrán Mantilla Profesional gestión de la innovación ESSA

Palabras Clave— Sistema fotovoltaico, energía renovable, microinversor, Rendimiento global, irradiación solar Key Words— Photovoltaic Systems, Renewable energy, Microinverter, Performance ratio, solar radiation I. INTRODUCCIÓN El crecimiento continuo y el gran potencial de la energía solar fotovoltaica a nivel nacional y regional, sumado al interés de conocer de primera mano esta tecnología, en Electriﬁcadora de Santander SA ESP – ESSA, se puso en marcha en el mes de febrero de 2018 el proyecto ‘Autogeneración solar El Parnaso’, en las instalaciones administrativas que atienden el municipio de Barrancabermeja, Santander. Esta localidad cuenta con una posición geográﬁca privilegiada (zona del valle del Magdalena medio), ya que posee un alto potencial de radiación solar y este factor representa una de las características más favorables para el desarrollo del proyecto y es por ello que el municipio de Barrancabermeja es denominado “La hija del sol”. Además, la incorporación de estas tecnologías contribuye a mitigar los impactos ocasionados al medio ambiente y la reducción de los gases de efecto invernadero. La implementación de este proyecto, busca básicamente incursionar en el desarrollo de estas nuevas tecnologías, para funcionar como un laboratorio a gran escala, a partir del cual se obtiene una apropiación y difusión de la valiosa experiencia en el diseño, implementación y operación del mismo. Dada su gran funcionalidad, es importante monitorear el desempeño del sistema de manera global, así como el seguimiento de cada panel solar en forma individual, que se logra mediante la tecnología de microinversores incorporada en este sistema.

REVISTA

A lo largo de este artículo, se presentan algunas generalidades del proyecto, posteriormente, se caracteriza el sistema y se resalta el uso del dispositivo empleado en la etapa de inversión. Además, se realiza una breve comparación de los valores que se obtienen en la simulación con respecto a mediciones efectuadas en el sistema real y finalmente se realiza una evaluación del rendimiento del sistema global en el primer año de operación del sistema en los meses de marzo a junio de 2018. Finalmente veremos que, aunque los 105 módulos que conforman el proyecto AGPE se encuentren en una misma ubicación geográfica (placa superior del edificio administrativo El Parnaso de ESSA), presentan diferencias apreciables en su desempeño debidas a factores como: variaciones de construcción de cada panel de fábrica, suciedad de la superficie del módulo, influencia de sombras parciales temporales ocasionadas por obstáculos, temperatura de los módulos FV, entre otras. II. GENERALIDADES DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO El sistema fotovoltaico se instala en la placa superior de la sede administrativa de ESSA en el municipio de Barrancabermeja-Santander, adyacente a la Subestación Parnaso de la Electrificadora de Santander, con orientación de 12° hacia el sur, como se observa en la fig. 1. La tabla I presenta una síntesis de las características generales del proyecto.

JUNIO 2019

Tabla 1 Características generales de los paneles fotovoltaicos

ATRIBUTO

DETALLE

Ubicación

Barrancabermeja, Santander

Emplazamiento

Placa superior del Edificio Administrativo ESSA El Parnaso

Utilidad

Autogeneración

Conexión

Barraje general edificio en Baja Tensión

Potencia por panel solar

325 W

Cantidad de paneles solares

105

Inversores DC/AC

105

Capacidad instalada en DC

34,125 Kw

Fecha de puesta en operación

05 de febrero de 2018

Energía generada promedio día

150 kWh-día

Estructura de soporte

Aluminio anodizado

Sistema de acumulación (baterías)

Monitoreo en tiempo real

Este proyecto se caracteriza por ser un sistema “on grid”, el cual inyecta energía directamente a la red eléctrica permitiendo proporcionar un porcentaje del requerimiento energético del ediﬁcio, es decir, al momento de presentarse un excedente entre la demanda de energía respecto a la generación FV, esta se inyecta directamente a la red, mientras que, si existe un déﬁcit de la demanda respecto a la generación FV, esta se suple con la electricidad proveniente de la red. En la tabla 2 se muestran las características generales del panel utilizado en el proyecto. Tabla 2. Características generales de los paneles FV. TrinaSolar TSM-PD14

Figura 1. Vista superior del arreglo fotovoltaico.

Potencia máxima

Pmax

325 W

Tensión en el punto de máxima potencia

Vmp

37.2 V

Corriente en el punto de máxima potencia

Imp

8.76 A

Tensión de circuito abierto

Voc

45.6 V

Corriente de cortocircuito

Isc

9.19 A

16.7 %

Eficiencia del panel

REVISTA

JUNIO 2019

A. El Microinversor Se encuentra instalados un total de 105 microinversores de marca Enphase con referencia IQ6PLUS-72-2-US. Cada microinversor recibe en sus bornes de entrada con un rango de operación de 235W a 400W la energía de cada panel solar FV en corriente directa y la transforma a corriente alterna en sus bornes de conexión de salida como se observa en la fig. 2, esta configuración permite visualizar a cada panel como una unidad de generación individual, es decir, que si un módulo del arreglo fotovoltaico se ve afectado por un sombreado parcial, suciedad u otro factor, se garantiza que este no interfiera con la potencia de ningún otro panel, por ende se asegura que la máxima potencia disponible en cada módulo sea exportada a la carga independientemente de las demás. Por otro lado, en estos dispositivos el monitoreo del sistema se maneja a través de la modulación PLC (Power line comunication) a un “Gateway” llamado Envoy que recopila datos como temperatura, tensión y corriente de cada uno de los microinversores, los cuales se comunican entre sí por medio de la acometida eléctrica.

Medidor Itron ACE6000 Tensión

Auto-rango de 3*57.7/100 V hasta 3*240/415V

Corriente

Corriente directa: Ib 5A, Imax 100A Conexión CT: Ib 1A, Imax 10A

Exactitud

Conexión directa: Energía activa clase 1 Transformador conectado: Clase de energía activa 0.5S y Clase 1 Energía reactiva: Clase 2

Figura 3.. Diagrama general de seguimiento del proyecto. III. CARACTERIZACIÓN A. Caracterización del perﬁl de demanda del ediﬁcio El Parnaso

Figura 2. Esquema y conexionado de los microinversores utilizados. En cuanto a la monitorización, se cuenta con una medición de parámetros derivados de los inversores, tales como potencia instantánea, energía, tensión DC, corriente DC, frecuencia y tensión AC. También registros en tiempo real de potencia y energía. Paralelamente, se cuenta con un contador-registrador Itron ACE6000 (ver tabla 2) ubicado en el PCC entre el SFV y el Barraje de BT que registra información por fase de potencias, energías, corrientes y tensiones. Un diagrama general del proyecto se puede observar en la ﬁg. 3.

Para caracterizar la demanda energética del edificio El Parnaso, como carga a atender por el laboratorio de autogeneración, se toman los datos de potencia promedio horaria, obtenidos a partir de los medidores instalados en el barraje de generación (G) y de la carga (B), como se observa en la fig. 3. Estos datos se integran en la plataforma web Power Monitoring Expert y además permiten estimar mediante sumatorias de flujos de potencia, las cargas del edificio ( , si , es decir si la dirección del flujo es entregando potencia al barraje) y la carga del transformador ( , si , si no se entregan excedentes a la red). En (1) se calcula la potencia horaria promedio de la carga del edificio mediante la suma de la potencia horaria promedio generada por el sistema ( ) y la potencia que ingresa al barraje de carga desde la red pública ( ).Los electrones producidos por el filamento por emisión termoiónica, se aceleran mediante la aplicación de una alta tensión entre el filamento y el ánodo (tensión de aceleración), creando así un haz que fluye por la columna del microscopio.

REVISTA

Obteniendo los siguientes resultados del perﬁl de demanda:

Figura 4. Curva de consumo día típico entre semana del ediﬁcio El Parnaso de ESSA.

JUNIO 2019

Posteriormente, en el mes de mayo de 2018, se analiza el consumo en el edificio, a partir del cual se puede identificar un mayor consumo energético en la jornada laboral, respecto a los fines de semana, este incremento es considerable debido principalmente a cargas como equipos de cómputo, aire acondicionado e iluminación. De las mediciones tomadas se determina que el consumo típico de un día entre semana corresponde con valores entre los 25 y 30 kW, los cuales responden a un comportamiento comercial de oficinas que comprende un horario entre las 5 am y las 6:30 pm. Por el contrario, para los días sábado y domingo se registran valores significativamente menores de 10 y 6,5 kW respectivamente. En la tabla 4, se pueden consultar los valores de radiación solar y temperatura sobre una superficie horizontal para cada mes del año en el municipio de Barrancabermeja, Santander tomados de la base de datos SOLARGIS. Posteriormente se emplean como datos de entrada en el programa PVSYST para la simulación del sistema fotovoltaico. Tabla 4. Condiciones climáticas del sitio del proyecto base de datos SOLARGIS

Figura 5. Curva de consumo día sábado del ediﬁcio El Parnaso de ESSA.

Figura 6. Curva de consumo día dominical y festivo del ediﬁcio El Parnaso de ESSA.

Mes

GHIm [kWh / m2]

Diffm [kWh / m2]

T [°C]

Enero

172

27,6

Febrero

158

28,4

Marzo

169

28,5

Abril

159

27,7

Mayo

171

27,6

Junio

168

28,1

Julio

180

28,4

Agosto

183

28,9

Septiembre

174

28,4

Octubre

164

27,3

Noviembre

150

26,4

Diciembre

154

26,9

Año

2002

946

27,8

REVISTA

JUNIO 2019

B. Simulación del sistema en PVSYST Para la proyección del comportamiento del sistema fotovoltaico durante un año de operación, se utiliza el software de simulación PVSYST V6.75, el cual es una herramienta representativa de diseño y dimensionamiento de sistemas solares FV, puesto que permite visualizar un panorama general del sistema, respecto a las distintas condiciones de operación y posibles factores que puedan interferir en su rendimiento.

A partir de la simulación se obtienen las gráficas de las curvas de potencia generada, consumida por la carga y exportada a la red para un día típico entre semana laboral, como se observa en la fig. 9. Se espera que, bajo ciertas condiciones climáticas, el sistema de generación inyecte aguas arriba del barraje general del edificio un aproximado de 5,5kWh/día.

Teniendo en cuenta los apartados anteriores, se introducen los datos climáticos y los valores obtenidos de la caracterización de la demanda anual del edificio. Además, se introducen las cantidades y especificaciones de los componentes más significativos como lo son, los paneles solares y los microinversores. Uno de los efectos más importantes que conllevan a una disminución en la eficiencia son las sombras parciales sobre el sistema fotovoltaico, tales como, nubosidades parciales, árboles, estructuras o agentes externos que no permitan que la luz que impacta sobre el arreglo sea de forma uniforme. Asimismo, esta obstaculización ocasiona problemas respecto a la tensión y la corriente del sistema, lo cual conlleva a fluctuaciones en la potencia entregada. En este caso, la existencia de una torre de comunicaciones de ESSA en el costado sur-occidental del edificio, como se observa en la fig. 7, obstaculiza el paso de la luz solar por un intervalo de entre las 3 pm y 4:30 pm todos los días. Por esta razón, se elabora el perfil de este obstáculo en la herramienta de simulación, como se observa en la fig. 8, con el fin de considerar la incidencia que acarrea en la producción de energía del sistema. Cabe resaltar que como la torre de comunicaciones es de ángulos de hierro y no proyecta una sombra sólida sobre la superficie de los paneles, se dispone de un factor de transparencia del 40%, es decir, que la luz solar que atraviesa la torre y llega efectivamente sobre los paneles corresponde a un 40% del valor total.

Figura 9. Resultados de simulación de energía típica semanal Fuente PVSyst. En la ﬁg. 10 se observa la energía típica para los ﬁnes de semana, en la cual, se hace visible la brecha mencionada anteriormente, ya que la energía generada supera ampliamente la demandada por la carga, para este caso se exporta a la red aproximadamente el 90 % de la energía generada por el sistema FV.

Figura 10. Resultados de simulación de energía típica ﬁn de semana Fuente PVSyst. De acuerdo a los resultados de la simulación anual, se espera que el sistema solar genere (E Avail) el 68% de energía en referencia al consumo total del ediﬁcio, repartido en 74% de dicha energía entregado efectivamente a la carga (E User) y que exporte a la red (E Grid) el restante 26% aguas arriba del barraje general.

Figura 8. Simulación efecto de sombras parciales ocasionadas por la torre de comunicaciones en PVSyst.

REVISTA

Tabla 5. Resultados de la simulación del proyecto. Fuente PVSyst.

JUNIO 2019

En la ﬁgura 11 se describe el comportamiento de las potencias generada, de la carga, consumida y excedentaria en la semana del domingo 13, pasando por el lunes festivo 14 hasta el domingo 20 de mayo de 2018, permitiendo observar que los excedentes principalmente se dan los ﬁnes de semana y feriados, mientras que entre semana, prácticamente no existen.

C. Desempeño real del sistema Luego de la entrada en operación del sistema en el mes de febrero de 2018 se realiza la comparación de su desempeño frente a los valores resultantes de la simulación en el periodo de 4 meses de operación de marzo a junio de 2018, en los cuales se recopiló la información de seguimiento de la energía generada, la demandada por el ediﬁcio, la autoconsumida por la carga y los excedentes entregados y consumidos de la red. Los valores fueron obtenidos de los medidores espejo ubicados en los barrajes de generación, carga y transformador del sistema y se tomaron a partir de las lecturas de potencia promedio cada 15 minutos y a su vez se sumaron los 4 datos en una hora para resultar en energía horaria.

Figura 12. Potencias generada, consumida y excedentaria en los meses de estudio. Durante los meses en estudio, se observa un decaimiento en la producción mensual, considerando que el periodo comprende dos meses de 30 días y dos de 31. Esto obedece principalmente a la aparición de la primera temporada de lluvias con presencia de frecuentes precipitaciones y nubosidades en toda Colombia desde el mes de marzo y que se sostiene incluso a mediados del mes de junio de 2018 [3]. D. Comparación del desempeño del sistema simulado respecto al implementado El sistema entra en operación en el mes de febrero de 2018, a partir del cual se inicia la recopilación de información durante los siguientes cuatro meses, para posteriormente realizar una comparación en el desempeño frente a los valores obtenidos en la simulación. Los datos tomados corresponden con la energía generada, la demandada por la carga, la entregada a la carga y la exportada a la red en caso de que la demanda de la carga sea menor a la energía generada.

Figura 11. Potencia generada, de la carga, consumida y excedentaria en una semana del mes de mayo de 2018.

REVISTA

JUNIO 2019

Tabla 6 Comparativo energías simuladas y reales MES Generada solar [kWh] Carga Edificio [kWh] Entregada a la Carga [kWh] Excedentes a la red [kWh]

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Simulad o

4647

4280

4476

4306

Real

4543

4415

4005

4020

Simulad o

7895

7783

7872

7836

Real

7871

8018

7768

7772

Simulad o

3714

3592

3882

3734

Real

3624

3705

3471

3360

Simulad o

934

688

594

572

Real

919

710

534

660

En la tabla 6, se puede visualizar la energía total generada por el sistema solar para el periodo de estudio, donde los datos simulados se encuentran por encima de los valores reales del proyecto en tres de los cuatro meses, siendo abril el único mes con mayor producción real por la razón explicada anteriormente. Se puede observar los conjuntos de datos además de ser muy cercanos entre sí, presentan una misma tendencia de disminución de la producción de energía en los meses analizados, permitiendo inferir una buena precisión de la base de daos climática utilizada en la simulación del sistema. Asociado a la energía generada, la aportada a la carga y la inyectada a la red, a excepción del mes de abril de 2018, los datos reales se encuentran por debajo con un máximo del 12% de diferencia. Desempeño por módulo El uso de microinversores, trae grandes beneficios en el funcionamiento del sistema, puesto que se obtiene una ganancia en eficiencia y estabilidad con respecto a otras configuraciones aprovechando la corriente generada directamente desde el módulo [1][2]. Además, esta tecnología permite monitorear en tiempo real, de forma intrahoraria y remota, el comportamiento de las variables eléctricas tanto del sistema global como para cada uno de los paneles solares que lo conforman. Estos elementos poseen una gran ventaja, puesto que si se presenta un fallo u otro factor que afecte un módulo, los paneles vecinos no se ven afectados y es muy fácil localizar el lugar donde se presenta.

En cuanto al desempeño de cada uno de los módulos, partiendo de la vista superior del proyecto en la ﬁgura 1, se puede apreciar de forma esquemática en la ﬁg. 13 el diagrama esquemático de distribución de cada panel en escala de colores según la energía producida en el periodo de estudio. Entre más claro está el módulo mayor cantidad de energía se genera en este periodo y viceversa. A partir de esto, se puede observar que el cuadro que se torna de tono más oscuro presenta el menor desempeño promedio, mientras que el de color más claro registra el mayor desempeño en este rango. Se observa que el impacto del efecto de las sombras parciales ocasionadas por la torre de comunicaciones, se da principalmente sobre los arreglos conformados por los circuitos del 1 al 6 (Suroccidente y centro), de forma moderada en los circuitos del 7 al 12 (Oriente y noroccidente) y prácticamente nulo en los circuitos 13 al 15 (Norte).

Figura 13. Escala de colores de generación promedio trimestral por panel FV De acuerdo a los valores de generación de energía por módulo en el transcurso de los meses de marzo a junio de 2018 operación del sistema, se destacan los valores máximos y mínimos observados, los cuales corresponden a los módulos encerrados en el cuadro rojo y verde de la ﬁgura 14 respectivamente: Tabla 7 Valores máximo y mínimo de generación de energía por módulo Código Microinversor

Generación diaria promedio (kWh/día)

121744030028

1.420

121744019035

1.302

Promedio sistema

1.356

Innovaciรณn

REVISTA

JUNIO 2019

Con respecto al promedio de generación diaria de los módulos del sistema en el periodo de estudio, se tiene una variación de máximo 4.7% y mínimo de -3.9%, por tanto, el desempeño de los módulos se considera homogéneo, descartando algún daño o valor anormal que implique fallas en la operación del sistema. Por tanto, se corrobora que a pesar que la totalidad de los paneles sirvan a una sola instalación en un mismo punto geográfico y bajo las mismas condiciones climáticas y ambientales, presentan diferencias apreciables en su producción. IV. CONCLUSIONES Se observa que la energía generada por el sistema solar, aproximadamente las ¾ partes se entregan efectivamente a la carga para autoconsumo y el restante se dirige hacia la red. Esta distribución favorece el desempeño económico del sistema, en la medida que el kWh de ahorro en energía es mayor al entregado en excedentes y posteriormente consumido, según la resolución CREG 030 de 2018. Las herramientas de simulación utilizadas en el presente documento permiten estimar y proyectar con gran precisión el desempeño de sistemas solares fotovoltaicos en Colombia, siendo las variables climáticas las que generan mayor incertidumbre, además de la pertinencia de los algoritmos que convierten los datos mensuales ingresados a horarios. A pesar que los 105 módulos que conforman el proyecto ASEP se encuentren en una misma ubicación geográfica (placa superior del edificio El Parnaso de ESSA) e iguales condiciones climáticas, presentan diferencias apreciables en su desempeño. Sin embargo, estas se encuentran dentro de los rangos normales menores a un 5% y no representan dificultades o problemas en la operación que ameriten alguna atención particular. La tecnología de microinversores representa valiosas ventajas frente a otras configuraciones de inversión en términos de eficiencias, seguimiento y operación, puesto que permite la conexión de forma individual y directa a cada panel como unidad de generación independiente. V. REFERENCIAS H. A. Sher and K. E. Addoweesh, “Micro-inverters Promising solutions in solar photovoltaics,” Energy Sustain. Dev., vol. 16, no. 4, pp. 389–400, 2012.

A. D. Briggs, M. Manager, and M. Baldassari, “Performance of Enphase Microinverter Systems v . PVWatts Estimates,” 2011. Ideam (2018). Boletín climatológico. Documentación disponible en http://www.ideam.gov.co/web/ tiempo-y-clima/climatologico-mensual. International Electrotechnical 61724-1. 2017.

Commission,

IEC

Tinajeros, M., Montoya, A., Palo, E., y Morante, F. (2015). Evaluación del desempeño de un sistema fotovoltaico conectado a red de 3.3 kw en la ciudad de arequipa. XXII Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente, 16(21). E. Skoplaki and J. A. Palyvos, “Operating temperature of photovoltaic modules: A survey of pertinent correlations,” Renew. Energy, vol. 34, no. 1, pp. 23–29, 2009. VI. RESEÑA AUTOR Guillermo Andrés Beltrán Mantilla Magister en sistemas de distribución de energía eléctrica, UIS. Especialista en sistemas de distribución de energía eléctrica, UIS. Especialista en gerencia de recursos energéticos, UNAB. Especialista en salud ocupacional, UMB. Campos de acción en planeación de infraestructura eléctrica, implementación de proyectos de fuentes no convencionales de energía renovable (FNCER) e innovación empresarial. Cargo actual, Profesional gestión de la innovación ESSA. Correo electrónico: Guillermo.Andres.Beltran@essa.com.co

REVISTA

Petrolitio: Una alternativa para la obtención de Litio en Colombia

JUNIO 2019

AUTORES:

Christian A. Quintero CIDET

David E. Gallego

investigador independiente Resumen— Este documento busca realizar una introducción de la extracción de litio a partir de salmueras asociadas a la extracción de hidrocarburos (SAPH) como fuente alternativa para la recuperación de litio. El tópico del presente trabajo ha surgido a partir de una revisión del estado del arte planteado por diferentes autores. Adicionalmente, se busca discutir el entorno nacional alrededor del mencionado material y como las SAPH pueden signiﬁcar el pie de entrada a la comercialización del litio producido en Colombia. Abstract— This paper aims to introduce the lithium recovery from brines associated to hydrocarbons extraction industry as an alternative source of Lithium. This document is based on a review of the state of art of the topic which has been worked by several authors. Additionally, the authors discuss how the SAPH can be a way to encourage the lithium commercialization in Colombia. Palabras Clave— Salmueras, agua de producción, campos petroleros, extracción, fuente, recuperación Brine, production wáter, oilﬁeld, extraction, source, recovery

I. INTRODUCCIÓN Hoy existe un amplio número de aplicaciones comerciales para el litio: farmacéuticas, manufactura de vidrio y cerámicas, grasas lubricantes, agentes catalizadores y reductores industriales, y quizá su uso más popular, en baterías, en el cual se espera el litio juegue un papel importante en el desarrollo de baterías para vehículos eléctricos impactando drásticamente la demanda por el litio, la cual se espera crezca cerca de un 245% para el año 2027, pasando de 293.000 a cerca de 720.000 toneladas[1]. Materiales de alto valor agregado como el litio, se obtienen en unos pocos lugares, pero se comercializan en todo el mundo directa o indirectamente. Algunos de ellos están ampliamente disponibles, lo que permite el buen funcionamiento de un mercado libre, otros, sin embargo, son geográﬁcamente más restringidos; las naciones de las que provienen pueden limitar el suministro por razones económicas o políticas; y la inestabilidad política o el conﬂicto allí o en estados vecinos pueden interrumpir completamente el suministro, por ejemplo, Bolivia, el país con la mayor reserva de litio del mundo, Apenas ha iniciado a invertir en la extracción y exportación de litio, el cual se vio restringida por decisiones políticas un par de años atrás[2]. Los principales métodos de recuperación de Litio usados hasta el año 2019 como la evaporación extensiva, presentan desventajas como dependencia climática, uso extensivo de terrenos y tiempo de producción como es explicado posteriormente en el artículo. Por lo anterior, lograr desarrollar y consolidar un proceso que permita complementar y

REVISTA

JUNIO 2019

eventualmente reemplazar la producción de litio por medio de evaporación en piscinas; igualmente un proceso que no requiera de largos periodos de tiempo para extraer el material, que pueda realizarse de una forma rápida y continúa, aumentaría la confiabilidad en el suministro de tan preciado material. II. MÉTODOS DE OBTENCIÓN DE LITIO Actualmente el Litio se obtiene principalmente mediante la explotación de lagos secos llamados salares (50%), a partir de minerales (40%) y finalmente de fuentes alternativas como aguas geotermales y salmueras asociadas a la extracción de hidrocarburos (SAPH) [3]. El método de obtención más usual de litio es a través de la evaporación de salares, cuya fuente más abundante se encuentra en Sur América en el conocido triangulo del Litio. Estos salares se encuentran entre Argentina, Bolivia y Chile. Adicional al triangulo de Litio, numerosos países como Canadá, China, India, Israel y EEUU cuentan con salares ricos en Litio[3], [4]. El método de recuperación de Litio a partir de aguas ricas en sales empieza con el bombeo de la salmuera a piscinas de evaporación donde se logra obtener una concentración de 6000 ppm de Litio. Luego la solución, rica en cloruro de Litio pasa a ser tratada en una planta de recobro donde interactúa con solventes de extracción. Finalmente, con ayuda de Carbonato de Sodio, se obtiene un precipitado de Carbonato de Litio[5]. El punto fuerte del citado método de recobro se debe a su buena relación costo-eficiencia, sin embargo, su desventaja es el tiempo requerido el cual oscila entre 12-24 meses. El recobro de Litio por medio de tecnología de extracción por evaporación es considerado de bajo impacto ambiental y alta relación costo-beneficio en comparación con el recobro a partir de minerales, en la otra mano, acuerdo con Flexer, Baspinero and Galli (2018) el recobro a través de cuencas de evaporación presenta 4 desventajas: tiempo, dependencia del clima, complejidad de acuerdo a la composición de la salmuera y tasas de recobro no estables[5]. Igualmente, se presentan dos preocupaciones ambientales como el uso y desecho de aguas, y uso de largas extensiones de terreno. Desafortunadamente no hay mucho que se pueda implementar para acelerar el proceso de recuperación mediante tecnología de extracción por evaporación, sin embargo, autores han propuesto agregar diferentes tipos de solventes químicos para optimizarlo [5], [6]. Debido a estas limitaciones, autores se han enfocado en proponer y mejorar procesos de recobro a partir de salmueras que no dependen de la evaporación de esta, entre ellos se encuentra el recobro mediante la adsorción y penetración de iones de litio (Li+) a través de estructuras cristalinas no estequiométricos de óxidos e hidróxidos de aluminio (Al),

manganeso (Mn) y titanio (Ti); así como también adsorbentes en base a oxido de manganeso (MnO2) son usados. Otras propuestas que han sido planteadas son separación por cromatografía, uso de solventes orgánicos y aplicando métodos electroquímicos [5], [6]. El segundo método más importante es la recuperación a partir de minerales y arcillas el cual representan un 40% de la producción actual [3]. El proceso empieza moliendo la roca y separando los minerales de litio por procesos de densidad, eléctricos y magnéticos; luego se lleva al mineral al proceso de acidificación o alcalinización, finalmente procesos físicos como flotación y densidad se encargan de obtener el concentrado de Litio[3], [6]. La industria propone básicamente dos métodos para la extracción del Litio, Acidificación y Alcalinización. Los principales minerales de los cuales el Litio es recuperado son espodumena, lepidolita, zinnwaldita y la arcilla montmorillinita; los minerales mencionados son tratados atreves de acidificación y alcalinización[7][6]. La extracción de litio asociado a minerales presenta ciertas desventajas si se compara con la recuperación a partir de salmueras, la más importante se ve reflejada en la reducción de la relación costo beneficio debido al alto costo energético involucrado en el proceso, el cual se estima que representa el 50% [3][6]. Adicional al alto costo energético, factores sociales y ambientales tal como el desecho de aguas acidas producto de la minería toman un rol crucial en cualquier tipo de minería abierta que involucra tratamientos químicos [6], [7]. Paralelo a los dos métodos de recuperación de Litio, hay una tercera fuente que ha cautivado la atención de grupos de investigación desde que inicio la era electrónica, el agua de mar, la cual es una fuente interesante para la obtención de litio ya que se estima una concentración promedio de 0.17 mg/ L [3]. Uno de los grandes avances se dio por el estudio de obtención de Litio a partir de agua de mar por diálisis utilizando una membrana hecha a partir de un material superconductor la cual solo permite el paso del Litio atreves de esta. El estudio de esta nueva tecnología fue publicado en el 2015 por el instituto de fusión Rokkasho de la agencia de energía atómica de Japón[8]. Como es mencionado anteriormente, la recuperación de Li a partir de agua de mar presenta desafíos tales como el alto costo del proceso y la necesidad de tratar vastos volúmenes de agua en orden de conseguir cantidades comerciales de Li. Por ende, no es de extrañar que el instituto de investigación en energía del Reino Unido haya predicho que la dicha extracción se podría volver viable alrededor del 2030 cuando la demanda del Litio influya altamente en su precio[8].

REVISTA

Adicional a estos métodos de obtención, el reciclaje de productos que contienen litio, principalmente baterías de Li-Ion, podría colaborar a suplir la demanda, sin embargo, se estima que solo el 1% del Litio es reciclado[9]. Esto se debe a que el flujo de productos desechados con Li no es suficientemente alto para justificar los costos de un proceso de reciclaje de Litio por ahora[3], [5]. Por otro lado, algunos investigadores sugieren que el reciclaje de litio estará en condiciones de suplir el 25% de la demanda mundial a mediados del año 2050. En adición a las fuentes convencionales para la obtención de litio explicadas anteriormente, las SAPH como fuente alternativa de litio, han cautivado la atención comercial debido a ser un método de recobro que no requiere de extensos periodos de tiempo, no depende de variables externas como el clima y funciona bajo tasas de producción relativamente controladas. El proceso general inicia con el transporte del crudo, gas y el agua asociada desde el cabezal del pozo a la estación de tratamiento, donde, el primer paso consiste en una separación de fases para aislar los tres componentes y posteriormente someter el agua de producción a varias estaciones de filtración con el fin de extraer la mayor cantidad de contaminantes presentes en el agua. Finalmente, solventes químicos son los encargados precipitar el carbonato de litio. Sin embargo, la presencia de magnesio y otros compuestos hacen de este un proceso mucho más complejo para los solventes, por lo cual, la pureza del carbonato de litio y sus concentraciones resultantes se ven afectadas. Actualmente existen varias compañías que han empezado a implementar diversas tecnologías y métodos para la extracción de litio presente en agua de producción de hidrocarburos: MGX minerals, 75 Standard Lithium, Albemarle and POSCO. III. EXTRACCIÓN DE LITIO A PARTIR DE SALMUERAS ASOCIADAS A LA PRODUCCIÓN DE HIDROCARBUROS (SAPH) Las aguas de producción procedentes de la explotación de hidrocarburos representan un dolor de cabeza para compañías productoras de petróleo y gas, debido a que son consideradas aguas residuales y por ende se tiene que disponer siguiendo el código regido por la agencia reguladora de la industria respectiva de cada país. El tratamiento del agua de producción puede ser costoso debido a los altos volúmenes que se deben tratar, la relación de petróleo -agua (RAP) de algunos campos petroleros en Colombia pueden llegar a ser superiores a 0.9, el cual es un caso regular en campos viejos como Caño Limón. Estos altos volúmenes de agua deben ser

JUNIO 2019

tratados para obtener la calidad exigida para verter en ríos o volver a ser inyectada al yacimiento por medio de los pozos inyectores. Estas salmueras usualmente son ricas en sales y algunas de ellas pueden ser de interés económico como lo menciona Collins en 1976[10], por ende, compañías productoras han obtenido valor agregado a partir del agua de producción. La compañía canadiense MGX es una de las pioneras en darle una viabilidad económica a la obtención de litio a partir de SAPH. MGX junto a PurLucid Treatments Solution han patentado un método de nano flotación junto con un sistema completo de filtración el cual remueve coloides, aceites y metales de la salmuera, dando como resultado una salmuera más limpia para ser tratada con solventes químicos con el fín de precipitar el carbonato de litio. The Saskatchewan Research Council (SRC) certifico que mediante esta tecnología se evaporo un estimado del 72% del agua alimentada, obteniendo una concentración de litio de 461 ppm a partir de una concentración inicial de 21 ppm, una recuperación general de litio del 83.7%, una precipitación del 99.99% de Mg, 99% de Na, 45% de K, 25% de Ca y 77.2% de Sr [11]. Por otro lado, la obtención de litio no es el único resultado que se busca con la tecnología de nano flotación ya mencionada, el tratamiento de aguas residuales también ha sido beneficiado por esta tecnología como lo explica David Bromley Engineerin el cual obtuvo la licencia y patente para el tratamiento de aguas residuales por nano flotación [12]. En complemento con los buenos resultados de la rápida tecnología de extracción de litio, Lazerson CEO y cofundador de MGX afirma, que el costo por barril aproximado de remover el petróleo y otros contaminantes del agua es de $1 US, él cual es equivalente al costo de extraer el litio y otros minerales. [13]. Dichos costos de tratamiento de agua son atractivos si se compara con el costo promedio de 8 dólares por barril en campos similares a Smackover en Texas, USA [9]. En la misma corriente de MGX, la empresa E3 Metals Corp. Ha iniciado su primera de dos etapas de investigación para la obtención de litio a partir de SAPH. La tecnología de intercambio de iones planteada por la compañía ha mostrado un buen rendimiento al pasar de una concentración aproximada de litio de 76 ppm a una alta concentración de litio de 1206 ppm [14]. Sin embargo, la viabilidad comercial de la tecnología aún sigue en desarrollo.

REVISTA

JUNIO 2019

IV. IMPORTANCIA DEL LITIO EN COLOMBIA Colombia posee un destacado potencial minero, lo que hace posible la explotación de una amplia variedad de productos de relevancia económica tales como el petróleo, carbón, metales, piedras preciosas y un gran número de minerales (sal terrestre y marina, gravas, arcilla, magnesio, entre otros); sin embargo, aún no se ha estudiado la explotación y exploración de depósitos de nuevos elementos altamente codiciados en el mercado y con un gran futuro por delante como el litio o el cobalto. Esto podría cambiar en un futuro cercano, ya que estudios realizados por el Servicio Geológico Colombiano han mostrado una potencial existencia de litio y uranio entre los departamentos de Boyacá y Cundinamarca, empero aún no se han conﬁrmado las eventuales reservas y se deberán analizar rigurosamente estos indicios. Gracias a su ubicación geográﬁca y ubicación Colombia podría presentar un elevado potencial en recursos asociados a las llamadas tierras raras, tierras que por sus propiedades físicas y químicas son fundamentales en la fabricación de tecnología [15]; similarmente por su evolución geológica y ligado a los yacimientos de hidrocarburos en el país, se cuenta acuíferos ultra profundos vinculados a yacimientos de hidrocarburos, usualmente con altas concentraciones de sales, que como se explicó anteriormente, pueden ser una fuente considerable de elementos como el litio. En cuanto al procesamiento, transformación y aprovechamiento del litio como materia prima, la industria colombiana aún no presenta grandes avances en este campo, aún no se han desarrollado compañías dedicadas al aprovechamiento de este mineral a gran escala dentro de sus actividades económicas. De acuerdo con datos reportados por el DANE en el Directorio Estadístico de Empresas, en Colombia existen cerca de 35 empresas a nivel nacional registradas bajo el código CIIU 2720, que busca agrupar las empresas dedicadas a la fabricación de pilas, baterías y acumuladores eléctricos (pilas recargables); no obstante, este número está muy por encima de la realidad, ya que de las 35 empresas registradas bajo está actividad de manufactura tan solo 6 se dedican realmente a la fabricación de baterías y por lo tanto serían potenciales consumidores de litio en un futuro; las 29 empresas restantes son principalmente distribuidores, comercializadores, facilitadores de partes, accesorios o componentes para baterías. La gran mayoría de estas empresas trabajan con baterías convencionales de tecnología plomo-ácido y alcalinas, aunque destacan algunas empresas locales como Tronex que han desarrollado algunos productos como pilas recargables o bancos de poder (powerbanks) basados en litio.

Además de las aplicaciones que tiene el litio para su uso en baterías, en Colombia también se han fabricado y desarrollado algunos productos medicinales que contienen litio o sales de litio como principio activo, principalmente enfocados en tratamientos de proﬁlaxis y de diversos trastornos afectivos, como la manía y la depresión. Según el portal de consulta de datos del Instituto Nacional de Vigilancia de Medicamentos y Alimentos (INVIMA), en Colombia se cuenta con un total de 5 registros sanitarios aprobados para medicamentos que contienen carbonato de litio como principio activo, la mayoría de ellos fabricados nacionalmente, a excepción del Eskalit el cual es importado [16]. A continuación, se listan los medicamentos que contienen litio como principio activo, que actualmente cuentan con un registro sanitario valido y donde son fabricados: - ESKALIT® (Importado) - ACTILITIO® (Blisteco S.A. Bogotá) - THERALITE (Sanoﬁ aventis de Colombia S.A. Cali) - ACTIBUTIN (Productora de Capsulas de Gelatina S.A. (Procaps S.A.) Barranquilla) - CARBONATO DE LITIO COMPRIMIDOS (Laboratorio Franco Colombiano, Cali) Por lo expuesto anteriormente, contar con una oferta interna de litio como materia prima, permitiría entrar a satisfacer la demanda que actualmente se tiene, evitando costes de importación del material. V. CONCLUSIONES La extracción de Litio a partir de SAPH puede representar el pie de entrada al comercio de Litio en Colombia, sin embargo, estudio de concentraciones en los diferentes campos productores de hidrocarburos, obtención de registros de pozo y estudios geológicos deben ser realizados en conjunto con un análisis de viabilidad económica planteando escenarios tales como exploración y extracción independiente o alianzas comerciales con compañías productoras de hidrocarburos tal como lo plantea Daitch, 2018[9]. Se recomienda realizar un trabajo articulado entre los diferentes órganos del gobierno (Ministerios de Energía, Ambiente, del Interior, por mencionar algunos), las comunidades y las empresas que pretendan llevar a cabo el desarrollo de posibles reservas de litio en el país y así poder superar los desafíos socio-ambientales que debe afrontar la actividad minera, tarea que se podría tardar más tiempo si se trata de un nuevo desarrollo en comparación de un campo en el cual ya se adelante un proceso de extracción.

Laboratorio&GA

REVISTA

JUNIO 2019

Lograr consolidar una solución para la obtención de litio en el territorio nacional que permita satisfacer la demanda nacional permitirá potenciar el desarrollo tecnológico alrededor del litio en Colombia, que actualmente no es muy abundante quizá porque actualmente no se conocen reservas ni se produce este mineral en Colombia. VI. REFERENCIAS [1] C. Jamasmie, “Lithium demand from battery makers to almost double by 2027,” Mining, 2018. [Online]. Available: http://www.mining.com/lit h i u m - d e m a n d - b a tt e r y - m a k e r s - a l most-double-2027/. [Accessed: 22-Apr-2019]. [2] U. Guzzardi, “Latin America, A Treasure Called Lithium,” Southworld, 2018. [Online]. Available: https://www.southworld.net/category/news/news-february-2018/. [Accessed: 22-Apr-2019]. [3] L. Kavanagh, J. Keohane, G. Garcia Cabellos, A. Lloyd, and J. Cleary, “Global Lithium Sources— Industrial Use and Future in the Electric Vehicle Industry: A Review,” Resources, vol. 7, no. 3, p. 57, 2018. [4] M. Ashby, Materials and sustainable development, vol. 20. 2012. [5] V. Flexer, C. F. Baspineiro, and C. I. Galli, “Lithium recovery from brines: A vital raw material for green energies with a potential environmental impact in its mining and processing,” Sci. Total Environ., vol. 639, pp. 1188–1204, 2018. [6] P. Meshram, B. D. Pandey, and T. R. Mankhand, “Extraction of lithium from primary and secondary sources by pre-treatment, leaching and separation: A comprehensive review,” Hydrometallurgy, vol. 150, pp. 192–208, 2014. [7] P. K. Choubey, M. Kim, R. R. Srivastava, J. Lee, and J.-Y. Lee, “Advance review on the exploitation of the prominent energy-storage element: Lithium. Part I: From mineral and brine resources,” Miner. Eng., vol. 89, pp. 119–137, 2016. [8] K. Campbell, “Over 40 minerals and metals contained in seawater, their extraction likely to increase in the future,” CREAMER MEDIA MINING WEEKLY, 2016. [Online]. Available: http://www.miningweekly.c o m / a r ti c l e / o v e r - 4 0 - m i n e r a l s - a n d - m e t a l s -contained-in-seawater-their-extraction-likely-toincrease-in-the-future-2016-04-01.[Accessed: 17-Apr-2019]. [9] P. J. Daitch, “Lithium extraction from oilﬁeld brine,” The University of Texas at Austin, 2018. [10] A. G. Colliins, “Lithium Resources and Requirements by the Year 2000 Lithium Resources and Requirements by the Year 2000,” Geol. Surv. Prof., no. 1005, 1976.

[11] MGX Minerals Inc., “MGX MINERALS RECEIVES INDEPENDENT CONFIRMATION OF RAPID LITHIUM EXTRACTION PROCESS,” MGX Minerals Inc., 2017. [Online]. Available: h tt p s : / / w w w . m g x m i n e r a l s . c o m / i n v e s t o r s / n e w s / 2 0 1 7 / 2 5 6 - m g x - m i n e rals-receives-independent-confirmation-of-rapid-lit hium-extraction-process.html. [Accessed: 22-Apr-2019]. [12] J. Lazerson, “Petrolithium: Extracting Minerals From Petroleum Brine,” Hartenergy, 2017. [Online]. Available: https://www.hartenergy.com/exclusives/ petrolithium-extracting-minerals-petroleumbrine-176428#p=2. [Accessed: 22-Mar-2019]. [13] J. Deign, “The Company Aiming to Get Lithium From Oil,” Greentechmedia, 2017. [Online]. Available: https://www.greentechmedia.com/ a r ti c l e s / r e a d / t h e - c o m p a n y - a i m i n g - t o - g e t lithium-from-oil#gs.4nj5lh.[Accessed: 11-Apr-2019]. [14] JWNenergy, “E3 Metals moves a step closer to lithium extraction from oilfield brine with patent pending technology,” JWN tech innovation, 2018. [Online]. Available: https://www.jwnenergy.com/ article/2018/5/e3-metals-moves-step-closerlithium-extraction-oilfield -brine-patent-pendingtechnology/. [Accessed: 22-Apr-2019]. [15] Revista Dinero, “Encuentran litio en zona de termales de Paipa, Boyacá,” Revista Dinero, Bogota, Aug-2017. [16] INVIMA, “PROGRAMA NACIONAL DE FARMACOVIGILANCIA,” 2014. VII. RESEÑA AUTOR(ES) Christian A. Quintero, ingeniero de petróleos egresado de la Universidad Nacional de Colombia, que, gracias a su trayectoria académica/profesional en la universidad y a las pasantías profesionales realizadas, posee experiencia en el área de formulación de proyectos en el campo de la ingeniería. Actualmente se desempeña como profesional en el área de inteligencia tecnológica, adscrita a la dirección de innovación del CIDET. Christian.quintero@cidet.org.co. David E. Gallego, ingeniero de petróleos egresado de la Universidad Nacional de Colombia, con experiencia en lectura e interpretación de registros de pozos. Actualmente ha estado trabajando como investigador independiente en el estudio de obtención de sales derivadas de la extracción de petróleo y gas con valor comercial. degallegor@gmail.com

REVISTA

JUNIO 2019

CENTELSA, innovación y pasión por el servicio CENTELSA quiere ser reconocida como una empresa altamente innovadora, con un sentido profundo de responsabilidad social empresarial, respeto por el medio ambiente y una preocupación permanente por prestar el mejor servicio a los clientes. Esta empresa que nació en 1955, se alista desde ya para entregar lo mejor a los visitantes de FISE 2019. “Es un hecho, CENTELSA siempre quiere ser protagonista de FISE, que los visitantes de la feria conozcan nuestro stand, interactúen con nuestros productos y retengan en su imaginario lo que es la presencia de nuestra empresa a través de sus servicios” comenta Carlos Alfonso Lozano, Vicepresidente de Técnica y Desarrollo de CENTELSA. Fundadores de CIDET Y PROMOTORES DE FISE “Nos sentimos orgullosos de saber que el camino que ha emprendido FISE y que inició como un sueño por parte de CIDET, la Cámara de Comercio de Medellín y el Clúster de Energía Sostenible fue respaldado por CENTELSA. Somos fundadores de CIDET y acompañamos a FISE desde su fundación. Cuando iniciamos este sueño de la feria desde la Junta Directiva, siempre estuvimos ahí para sacar adelante este proyecto; por eso, para nosotros, verlo ya convertido en una realidad es algo muy satisfactorio” relata Carlos Alfonso Lozano.

FISE es una ventana muy importante para mostrar todo lo que tiene Colombia en el sector eléctrico, todo lo fuerte que puede ser esta industria, y a su vez, es un escenario en donde se ve a nivel mundial, qué hay en materia de tecnologías para el sector eléctrico. “Siempre hemos sido partícipes dentro de FISE; FISE se está volviendo país y nosotros estamos presentes, no queremos ser ajenos. Además de que FISE es una herramienta que va articulando y uniendo muchos actores que son importantes para el desarrollo eléctrico del país y de América Latina” explica Carlos Alfonso Lozano. CENTELSA es innovación Desde 2014, CENTELSA está trabajando en temas de innovación, en cómo llevar a otro nivel sus productos. “Nos sumamos a la iniciativa que tiene el gobierno colombiano para tener nuevos modelos de negocio que puedan impactar de forma positiva la industria eléctrica” aﬁrma Carlos Allfonso. Es por esto que la empresa se ha enfocado en hacer innovación tanto a nivel de nuevos modelos de negocio como a nivel de desarrollo de productos y mejora de procesos enfocados siempre a un progreso de la gestión. Hoy CENTELSA cuenta con un reconocimiento por su gran esfuerzo tecnológico y empresarial en el cumplimiento de las normas técnicas, en el aseguramiento de su sistema de calidad y la satisfacción de sus clientes.

REVISTA

JUNIO 2019

MEDIO AMBIENTE

Calidad acompañada del sello CIDET

Ya desde FISE 2017, CENTELSA había hecho una apuesta muy importante por sentar su compromiso con el medio ambiente, sin embargo, como el mismo Carlos Alfonso Lozano explica, este compromiso no solo debe quedar en el papel, sino reﬂejarse en toda la labor de CENTELSA.

Hoy CENTELSA exporta a toda América Latina e incluso a mercados como el de Estados Unidos entre 300 y 400 toneladas de cobre y aluminio.

“Podemos decir hoy con total seguridad que todos nuestros productos que tenían componentes con PVC (Policloruro de Vinilo) cumplen con la Directiva Internacional RoHS que garantiza que están libres de elementos pesados o sustancias peligrosas” esclarece Carlos Alfonso Lozano. CENTELSA cuenta en el momento con 3 mil productos en el mercado por calibre, por referencias y por colores y en cada uno de esos productos que puedan tener un compuesto de PVC, hay una propuesta por tener un cuidado minucioso con el medio ambiente. “Sumado a esto, hemos hecho un trabajo muy fuerte a nivel de proyectos de energía renovable en los que hemos trabajado en los últimos años; este es el caso de cables para instalaciones fotovoltaicas, cables ecológicos (cubiertos), cables de potencia de baja y media tensión para sistemas de generación eólica y otros desarrollos como son los cables para instalaciones en vías de cuarta generación, cables para túneles y cables resistentes al fuego” comenta el Vicepresidente de Técnica y Desarrollo de CENTELSA.

“Apostamos todas nuestras cartas a nivel de certificación de productos con CIDET, estamos muy contentos con el servicio y con el aporte que nos hacen en Certificación de Productos, porque nos permiten implementar nuevas tecnologías, nuevas pruebas, lo que es un trabajo muy importante” asegura Carlos Alfonso Lozano. Y añade: “si bien es cierto que la calidad la define cada cliente, los estándares de calidad y nuestro compromiso permanente por entregar siempre lo mejor es lo que nos va a mantener siempre siendo la marca preferida por los diferentes mercados. Esto mismo es lo que le ha permitido a CENTELSA ser líder en Colombia por casi 70 años, siendo un referente de calidad de todas las instalaciones y productos en los que ha estado presente”. CENTELSA va de la mano con el desarrollo del país, y quiere dar lo mejor de sí a la industria.

PRIMERO EL SERVICIO AL CLIENTE Carlos Alfonso Lozano argumenta que a pesar de que CENTELSA es líder en Colombia y ha adquirido un papel protagónico en América Latina, la empresa persigue un ideal que va más allá de la innovación o el prestigio y es consolidarse como una empresa enfocada en el servicio al cliente. Parte del ADN de CENTELSA es ser un referente para todos los clientes a nivel de cotizaciones oportunas, entrega de productos, capacitaciones y asesoría en campo. CENTELSA sueña con ser visualizado por parte de la industria eléctrica como una empresa innovadora, donde el servicio al cliente es fundamental. “De hecho estamos trabajando en un tema de Academia CENTELSA para nuestros clientes y usuarios” agrega Lozano.

Carlos Alfonso Lozano

Vicepresidente de Técnica y Desarrollo de CENTELSA.

REVISTA

JUNIO 2019

Gracias a la UTP, la ingeniería en Colombia es de talla internacional MEJORA CONTINUA SIEMPRE Los egresados del pregrado y de la maestría en Ingeniería Eléctrica de la Universidad Tecnológica de Pereira no tendrán la necesidad de homologar su título en Europa, debido a que desde diciembre de 2018, esta universidad cuenta con acreditación internacional EURO ACE, lo que les da el respaldo de poder ejercer en todos los países de la comunidad económica europea esta profesión. Se trata de la primera experiencia exitosa para el país en acreditación EURO ACE, que respalda a nivel mundial, los títulos de ingeniería de pregrado y posgrado de alta calidad. La educación colombiana, da así un paso gigantesco, consagrándose por ser un referente que puede incluso entrar a competir con otros estándares educativos a nivel mundial. Para el Director de la Maestría en Ingeniería Eléctrica de la Universidad Tecnológica de Pereira, Andrés Escobar Mejía y para el Director de Ingeniería Eléctrica de esta universidad, José Germán López Quintero, este es un gran hito para la universidad y la educación en Colombia. “Esta es una acreditación muy importante debido a que los programas en ingeniería eléctrica y la maestría, ahora son reconocidos a nivel internacional por su calidad académica, además de que se facilita la movilidad entre estudiantes, profesores y egresados del programa” explica Andrés Escobar Mejía. José Germán López Quintero, agrega que una acreditación como esta, respeta la gran diversidad de educación de ingeniería en el mundo e incorpora opiniones y perspectivas de estudiantes e instituciones de educación superior.

Los dos directivos resaltan que esta es una oportunidad para que como institución de educación superior, haya una autoevaluación para entender las debilidades que se tienen y establecer procesos de mejora continua. “Nosotros ya habíamos obtenido la acreditación internacional que otorga el Consejo Nacional de Acreditación; es decir, ya habíamos hecho ese recorrido en el sistema nacional de acreditación y pensamos que necesitábamos trascender internacionalmente” agrega el Director de Ingeniería Eléctrica de la UTP. La acreditación es el reﬂejo de un trabajo que se ha venido haciendo desde la creación del pregrado en Ingeniería Eléctrica de la Universidad, un pregrado que nació en 1961 para formar profesionales no solo en Risaralda, sino en el país entero; hasta el momento el pregrado suma más de 2800 egresados. Por su parte la maestría suma más de 20 años, con un total de más de 200 egresados formados. “Tenemos gran cantidad de profesores que tienen el título de doctorado en diferentes universidades alrededor del mundo; además contamos con los recursos, laboratorios y materiales para impartir una cátedra con calidad. Nuestros grupos de investigación están reconocidos por Colciencias en las categorías más altas” agrega Andrés Escobar Mejía. La Universidad Tecnológica de Pereira se proyecta de esta manera para formar cada vez más, mejores profesionales que aporten desde su conocimiento al fortalecimiento y competitividad de la industria eléctrica colombiana.

REVISTA

JOSÉ GERMÁN LÓPEZ QUINTERO, PROMOTOR DE ESTE GRAN PROYECTO QUE ES HOY UNA REALIDAD

Durante 25 años, CIDET contó con Jose German Lopez, como miembro de su junta directiva, razón por la cual conocemos el compromiso y dedicación con que asume los retos y proyectos que emprende. Jose German es el actual Vicerrector de Investigaciones, Innovación y Extensión de la Universidad Tecnológica de Pereira, es Ingeniero Electricista y Profesor Titular en el Programa de Ingeniería Eléctrica, de la misma universidad. Ha sido reconocido como par Académico Nacional, nombrado por el Consejo Nacional de Acreditación, CNA, para evaluar la Renovación de la Acreditación Institucional de Alta Calidad de la Universidad del Valle en septiembre del 2013, y par Evaluador Nacional de TELESCOPI COLOMBIA en septiembre

JUNIO 2019

de 2013. Telescopi es una Red Internacional de Observatorios de Buenas Prácticas de Dirección Estratégica Universitaria en Latinoamérica y Europa y que en Colombia coordina la Universidad Javeriana de Bogotá. Durante su periodo como Miembro de la Junta Directiva de CIDET, se destacó por sus aportes dentro del órgano, dado su conocimiento y gran experiencia en la industria, eléctrica que permitieron articular la industria con la academia y trabajar por el objetivo ﬁnal que es, aportar al desarrollo del sector eléctrico colombiano. En este sentido, la Junta Directiva de CIDET, a través de este medio expresa su agradecimiento a Jose Germán Lopez, por todos los años que participó en la junta, tres de ellos siendo su presidente. El Consejo Nacional de Acreditación designó al Vicerrector de Investigaciones, Innovación y Extensión de la Universidad Tecnológica de Pereira, José Germán López Quintero, como integrante de la comisión de pares externos que evaluarán a la Universidad Sergio Arboleda en la ciudad de Bogotá. A esta comisión le corresponde la evaluación externa que realizan los pares designados por el Consejo Nacional de Acreditación; en este caso, a una de las instituciones de educación superior más reconocidas del país, como es la Universidad Sergio Arboleda.

REVISTA

JUNIO 2019