4 ProPuesta Para la simbología eléctrica...

Julio 2011www.ciemi.com

4 ProPuesta Para la simbología eléctrica nacional

12 mecanismo para aprovechar la energía del mar

16 medición de eficiencia en línea en plantas de generación

Revista Física y Virtual

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reversos Portada y $759 $850

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2 páginas $1.330 $1.489

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índice

4 Propuesta para la simbología eléctrica nacional

11 san José, costa rica. tercera capital iluminada en el mundo

12 mecanismo para aprovechar la energía del mar

16 medición de eficiencia en línea en plantas de generación

18 actualidad ciemi

cRéditos

Publicación oficial del colegio de ingenieros electricistas, mecánicos e industriales de costa rica (ciemi)

apartado Postal 2346-1000, san José, costa ricatelefax: +506 2202-3914, correo eléctronico: [email protected] Portal electrónico: www.ciemi.com

número 67 / Julio 2011issn 1659-0783

Junta Directiva del Ciemiing. miguel golcher Valverde. Presidente.ing. Fernando escalante Quirós. Vicepresidente.ing. Víctor Herrera castro. tesoreroing. laura somarriba soley. secretariaing. marco Vinicio calvo Vargas. Vocal iing. róger soley brenes. Vocal iiing. luis Fdo. andrés Jácome. Fiscal

Director Ejecutivolic. Jorge Hernández acosta

Consejo Editorcomisión de comunicacionesing. miguel golcher Valverde, coordinadoring. laura somarriba soleying. luis Fernando andrés Jácome

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Diseño gráfico y producciónesteban lópez meoñoFilisgráfica s.a.

Foto de portadacortesía Dr. miguel somarriba soley

las opiniones expuestas en los artículos firmados, son responsabilidad exclusiva de sus autores y no corresponden necesariamente con la posición oficial del ciemi. copyright © 2011 por colegio de ingenieros electricistas, mecánicos e industriales de costa rica. todos los derechos reservados. los contenidos de la revista podrán ser reproducidos únicamente con autorización escrita del consejo editor de esta publicación.

a revista ciemi es la publicación oficial del colegio de ingenieros electricistas, mecánicos e industriales de

costa rica (ciemi). es una revista técnica, especializada en el campo de la ingeniería, que se publica cada tres meses. nuestra revista llega a las manos de más de 3800 ingenieros eléctricos, mecánicos, industriales y ramas afines que son miembros del ciemi y que tienen a su cargo el diseño, instalación, soporte y consultoría en proyectos de ingeniería en todo el país. Por contar con el reconocimiento de un público bien segmentado y exclusivo desde 1991, somos la mejor opción para obtener el reconocimiento y posicionamiento de sus productos y servicios en electricidad, mecánica e ingeniería industrial.

L

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tiraJe y circulación

la publicación cuenta con un tiraje de 4100 ejemplares y es distribuida entre los profesionales que son miembros activos del ciemi.

Próximos cierres De PubliciDaD

edición distribución cierre public.

67 2 de marzo de 2011 31 de enero de 201168 12 de mayo de 2011 12 de abril de 201169 10 de agosto de 2011 11 de julio de 201170 23 de noviembre de 2011 24 de octubre de 2011

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editoRiaL

3

congReso panameRicano en costa RicaReconocimiento aL ing. RodRigo oRozco saboRío

l próximo mes de agosto, en costa

rica, se llevará a cabo el xx congreso de coPimera cuya responsabilidad fue confiada al ciemi en el congreso de copimera en méxico en el 2009 y ratificado en colombia en noviembre de 2010 en la reunión intermedia. el ciemi, desde el año pasado, ha estado trabajando arduamente en la organización por medio de una comisión integrada por doce profesionales en la comisión central y subcomisiones que se enfocan a la organización de temas específicos. Hemos recibido más de 100 ponencias de alto nivel técnico para el congreso. además, durante los dos días previos al congreso habrá cuatro tutoriales de muy alto nivel, enfocados en áreas tales como adquisición de tecnología médica, protección en sistemas eléctricos, efectos de las radiaciones electromagnéticas en el cuerpo humano, entre otros. contaremos con participantes y ponentes de dieciocho países en temas relacionados con red inteligente, eficiencia energética, medio ambiente, diversos temas de electromedicina, aire acondicionado, sistemas de medición, energías alternativas, combustibles, automatización, entre otros. les invitamos a inscribirse en el congreso pues una de nuestras metas es lograr la transferencia de tecnologías hacia costa rica con miras a la excelencia técnica de nuestros agremiados y para esto su presencia es imprescindible. les esperamos en el coPimera 2011 como preámbulo de la celebración de 40 años el pasado 23 de junio durante la iii incorporación ordinaria se brindó un homenaje al ing. rodrigo orozco saborío, gestor y fundador de las escuelas de ingeniería eléctrica y mecánica de la universidad de costa rica. en los próximos meses, estaremos llevando a cabo actividades culturales, sociales, deportivas y de formación profesional como parte de esta celebración. manténgase al tanto a través del cFia-mail y los comunicados del ciemi.

e

Simbología aPliCaDa En PlanoS EléCtriCoSa nivEl rESiDEnCial En CoSta riCa

simbología saliDas tomacorrientes

accesorio símbolo Detalle

Salida para tomacorriente de pared sencillo (125v / 15a-20a)

Polarizado: hendidura grande, neutro y hendidura pequeña, fase o vivo, sin tierra, altura 30 cm snPt

nombre común: “tomacorriente sencillo”

Salida para tomacorriente de pared doble (125v / 15a-20a)

Polarizado: hendidura grande, neutro y hendidura pequeña, fase o vivo, sin tierra, altura 30 cm snPt

nombre común: “tomacorriente doble”

Salida para tomacorriente de pared doble con puesta a tierra (125v / 15a-20a)

trifilar (tres hilos) hendidura grande, neutro, hendidura pequeña fase o vivo y hendidura semicircular, tierra, altura 30 cm snPt

nombre común: “tomacorriente Polarizado”

W PSalida para tomacorriente de pared doble con puesta a tierra para intemperie (125v / 15a-20a)

tomacorriente igual al “Polarizado” pero con placa especial para intemperie WP (Weather proof), altura 30 cm snPt

nombre común: “tomacorriente de intemperie”

r

t

Salida para tomacorriente de pared doble tipo gFCi (125v / 15a-20a)

trifilar: fase, neutro y tierrabotón test (prueba)botón reset (restablecer)altura 90 cm snPt, para áreas húmedas, grado hospitalario

nombre común: “tomacorriente falla a tierra”

artículo técnico 5reVista ciemi no 67 Julio 2011artículo técnico4 reVista ciemi no 67 Julio 2011

ProPuESta Para Simbología EléCtriCa naCional

la simbología es una forma de comunicación que nos permite darnos a entender, mostrar una idea o situación en forma rápida y eficiente, en situaciones donde el uso de las palabras

nos obligaría a extendernos demasiado. en el campo de la electricidad, se han desarrollado infinidad de símbolos, los que se crean y utilizan de acuerdo con las necesidades del usuario ya que no se cuenta con estándares o bien, éstos se encuentran desactualizados y en discordancia con las nuevas necesidades. en la práctica esto conlleva a que notemos muchas diferencias entre ellos, aunque tratan de darnos de dar a entender la misma idea. la importancia de la simbología eléctrica radica en que es como el abecedario del ingeniero o técnico electricista, es una herramienta fundamental donde si no se conoce su significado correcto el trabajo corre riesgo de no quedar bien por errores de interpretación. una simbología eléctrica clara y única facilita un reconocimiento adecuado y una fácil referencia para cualquier usuario. en nuestro país se ha adaptado la simbología de las instalaciones eléctricas que rige en los estado unidos de américa (simbología americana) y se ha tipificado el estándar ansi (american standards association) pero se debe dejar claro que existen otros tipos de estándares a nivel mundial.

L

profesor Víctor Leandro machado técnico electricista y electrónico

los esquemas o planos eléctricos deben ser elaborados en forma clara y nítida, de tal manera que puedan se interpretado por cualquier profesional eléctrico a cargo de realizar la obra. la falta de información o referencia de la simbología eléctrica a nivel nacional, ha hecho que se distorsione el uso de los símbolos, dando como resultado el no ponerse de acuerdo cual símbolo corresponde para una misma situación; a esto debemos agregar que no es fácil conseguir datos al respecto ni siquiera por internet. esta es la razón que me ha motivado a la elaboración y diseño de una pequeña guía de referencia, que pretende ser una herramienta más de ayuda en lo que respecta a instalaciones residenciales. Dejo en sus manos una propuesta, que espero sea analizada y valorada por el ciemi para su adopción y divulgación entre el público general. me he dedicado a la enseñaza de la electricidad a nivel residencial y en estos seis años lo he puesto en práctica con mis estudiantes y la asimilación ha sido muy bien recibida para su comprensión. externo mi agradecimiento por la colaboración brindada para el desarrollo de esta guía a personeros de autoridad reguladora de los servicios Públicos (areseP), asociación de electricistas (aDe), colegio universitario de cartago (cuc) y al ciemi (colegio de ingenieros eléctricos, mecánicos e industriales).

Salida para tomacorriente de pared especial (250v / 50a)

trifilar (tres hilos) hendiduras inclinadas, fases o vivos y hendidura recta, neutroadicionar hilo de tierra enlazado con herraje del accesorio, altura 60 cm snPt

nombre común: “salida para cocina o 240V”

DSalida especial para termoducha (120v / 40a)

trifilar: fase, neutro y tierra altura 190 cm snPt

nombre común: “salida para termoducha ducha”

t

Salida especial para tanque agua caliente (240v / 50a)

trifilar: dos fases y neutroadicionar línea tierra, altura 60 cm snPt

nombre común: “salida para tanque agua caliente”

artículo técnico6 reVista ciemi no 67 Julio 2011


artículo técnico 7reVista ciemi no 67 Julio 2011

s

Salida especial para Secadora de ropa (240v / 40a)

trifilar: dos fases y neutroadicionar línea tierra, altura 60 cm snPt

nombre común: “salida para secadora”

m

base para medidor o contador de energía clase 100, para 100a

monofásico 120/240Valtura 200 cm máximo y 175 cm mínimo snPt

nombre común: “base redonda”

S s1

sa sVista frontal y trasera

S s1

sa sVista frontal y trasera

Centro de Carga. llamado también caja breaker, centro distribución eléctrica, caja disyuntores.

su capacidad va de dos posiciones hasta cuarenta y dos posiciones; su alturacoloración va a 160 cm snPt

nombre común: “caja de breaker”

interruptor Principal

Dos tipos: cuchilla Porcelana 250V/100a, fusibles 60 0 70ainterruptor termomagnéticobreaker 240V / 60 o 70a,Para calibre mínimo # 6 aWg

nombre común: “cuchilla o Piña de breaker”

base para medidor o contador de energía clase 200, para 200a

monofásico 240V, altura igual que el clase 100

nombre común: “base cuadrada”m


simbología bases Para meDiDor energía, interruPtor PrinciPal y tablero


simbología saliDas De interruPtores


Salida para interruptor Doble (125v / 15a)

líneas, calibres y altura igual al sencillo, dos retornoscuando hay letras existe orden predefinido y se debe indicar las luces controladas con mismas letras

nombre común: “apagador doble”Vista frontal y trasera

s2

sab

s

Salida para interruptor triple (125v / 15a)

líneas, calibres y altura igual al sencillo, tres retornoscuando hay letras existe orden predefinido y se debe indicar las luces controladas con mismas letras

nombre común: “apagador triple”Vista frontal y trasera

sabcs

Salida para interruptor Especialtipo three Way o tres vías (125v / 15a)

líneas: roja alimentación y azul para puentes, en caja de entrada; para caja de salida será el negro retorno y el otro extremo de las líneas azules.calibre utilizado #14 aWg o #12 aWgaltura 125 cm snPt

nombre común: “three Way”

s 3

Vista frontal y trasera

Salida para interruptor Sencilla (125v / 15a)

líneas: roja alimentación y negro para retorno, calibre utilizado #14 aWg o #12 aWgaltura 125 cm snPt

nombre común: “apagador sencillo”

Salida para interruptor Sencilla (125v / 15a)

líneas: roja alimentación y negro para retorno, calibre utilizado #14 aWg o #12 aWgaltura 125 cm snPt

nombre común: “apagador sencillo”

Salida para interruptor Especial tipo Four Way o Cuatro vías(125v / 15a)

como es un circuito que depende del tree way, para funcionar correctamente, sus colores de entrada y salida serán los mismos del tres vías, se intercambian los colores en los puentes según sean de entrada o salida de estos y la cantidad de interruptores utilizadoscalibre utilizado #14 aWg o #12 aWgaltura 125 cm snPt

nombre común: “Four way”

artículo técnico8 reVista ciemi no 67 Fecha 2011



simbología lineas De interconexión

Salida para luminaria en cielo

comúnmente tipo incandescente de superficie o colgante; aunque aplica a la luz fluorescente compacta de parche y aquellas cuya roscaes tipo e27

Salida para luminaria en pared

tiene las mismas caracteristicas que la anterior, su diferencia radicaes que su ubicación es sobre las paredes y no en los cielos

Salida para luminaria tipo Fluorescente

usualmente se utiliza la de dos tubos empotrable.sus caracteristicas técnicas variaran según su uso ydiseño, así como su tipo de balasto o balastro.

Salida para luminaria tipo intemperie sencilla

especial para aleros e instalación de reflectores.

Comúnmente llamado: “cachera sencilla”

Salida para luminaria tipo intemperie doble

igual que la anterior especial para aleros e instalación de reflectores.

nombre común: “cachera doble”

línea Continua interconexión de circuitos aérea

son todos aquellos circuitos cuyas tuberías van por el entrecielo odicho de otra forma van por arriba de la estancia, se deben indicar lacantidad de lineas que conducen.se utiliza tanto para circuitos de luces como para circuitos de tomacorrientes

accesorio símbolo Detalle accesorio símbolo Detalle

simbología saliDas De luz


símbolo Detalle

Vista frontal y posterior

s 4

línea semi segmentada de circuitos de piso

son todos aquellos circuitos cuyas tuberías son subterráneas o enterradas, se indica la cantidad de lineas que necesitan.se utilizan tanto para circuitos de luces como para circuitos de tomacorrientes

línea Completamente Segmentada interconexión de retornos

son líneas que unen las salidas de iluminación con su respectivo interruptor o apagador (punto de control), por lo que solo estarán presentes en los circuitos de luz.



comisión de telecomunicaciones ciemi


tablero distribución para salidas telefónicas

se instalarán regletas de 10 o 20 pares para la conexión de loscircuitos de teléfono, saliendo de este tablero al punto donde seinstalará la conexión final (de punto a punto), altura deinstilación igual que tablero eléctrico a 160 m snPt

Salida toma telefónico

se utilizará para salida final y conexión de accesorio telefónico, que por lo general será de sistema modular de cuatro o seis pines.su altura será igual que las salidas de tomacorrientes generales a 30 cm snPt.

tablero distribución para salidas televisión

se instalará splitter o distribuidores para cable rg o coaxial de 4 o más salidas, su altura de instalación será igual que los otros dos tableros(eléctrico y telefónico)

Salida toma para televisión

se utilizará para salida final y conexión de aparato de televisión, que por lo general será de conector F hembra llamado “Fitting o acople”su altura será igual que las salidas de tomacorrientes generales a 30 cm snPt.

tV

botón pulsador timbre

ubicado por lo general en el frente de la casa por linderos de la acera y la propiedad, su altura de instalación es la misma que cualquier otro interruptor a 125 cm snPt

accesorio timbre

comúnmente el más usado es el tipo conocido como Din Don o zumbador, su instalación se prefiere ajustado a altura de cielos; se rescata, que actualmente se están sustituyendo por intercomunicadores sencillos o video porteros.

simbología otras saliDas

símbolo Detalle

simbología saliDas esPeciales

símbolo Detalle

uchas personas se asombran de que san José, costa rica fuera la tercera ciudad iluminada en el mundo. esto se logró gracias a la visión del ing. manuel Víctor Dengo bertora y del

sr. luis batres Díaz-granados a través de la compañía eléctrica de costa rica y con el apoyo estímulo y cooperación de los gobiernos de don Próspero Fernández oreamuno (1882-1885) y don bernardo soto alfaro (1885-1890) en 1882, mismo año en que se realizó la iluminación de nueva york, aquí, en costa rica, el ing. manuel Víctor Dengo bertora solicitó autorización exclusiva para desarrollar la actividad eléctrica en el país durante quince años con el objetivo de adoptarla para el alumbrado público y privado utilizando la tecnología recientemente inventada y buscando las mejores condiciones al menor costo. el permiso fue publicado en la gaceta del 26 de julio de 1882 como parte de este esfuerzo, el 13 de marzo de 1883 se forma la compañía eléctrica de costa rica con capital proporcionado por luis batres Díaz-granados y el soporte técnico del ing. manuel Víctor Dengo bertora. el sr. batres se comprometió, al formar la empresa, a tener en san José todo lo necesario para iluminar la ciudad en unos 6 meses contando con entre 6 y 12 lámparas. con base en las autorizaciones y recursos disponibles se inicia la construcción de la primera planta hidroeléctrica en costa rica, venciendo una gran cantidad de obstáculos para la importación de maquinaria y equipo, el cual constaba de una rueda Pelton de 75 caballos con un dínamo thompson Houston de 50 Kilovatios. el terreno que se eligió se encuentra 100 n y 75 e de la esquina suroeste de la actual biblioteca nacional, junto a la Fábrica de

hielo, en el sitio donde hoy se encuentra un parqueo y una clínica. con la inauguración de la primera planta hidroeléctrica del país, el 9 de agosto de 1884, se iluminó la ciudad de san José con 25 luminarias de tipo de arco “thompson Houston”. las calles elegidas lo eran de obligado tránsito por los peatones, los cables se tendieron sobre postes pintados de rojo a lo largo de la avenida de la Damas, la calle de la estación al atlántico hasta la iglesia del carmen, llegando hasta el Parque central cuyas cuatro esquinas se iluminaron. De la esquina de la Ferretería de rodríguez (hoy día diagonal al desaparecido almacén Koberg, hoy banco bct) salía un ramal hasta lo que hoy ocupa el banco nacional de costa rica. las lámparas estaban colocadas en las esquinas de todo ese trayecto a partir del Parque morazán, llamado en ese entonces la laguna (porque no era otra cosa) y se contaba con un foco frente a la casa Presidencial. sobra decir que la ciudad fue invadida por los vecinos de cartago, alajuela y Heredia que no se podían perder de algo tan espectacular.extracto del libro “100 años de actividad eléctrica en costa Rica 1884-1984” de Joaquín alberto Fernández Robles.

m

San JoSé, CoSta riCa. tErCEra CaPital iluminaDa En El munDo.

comisión de comunicaciones

amplitud Periodo a t (m) (s) 1 4 6 8 10 140.2 1.257 0.314 0.209 0.157 0.126 0.0900.4 2.513 0.628 0.419 0.314 0.251 0.1800.6 3.770 0.942 0.628 0.471 0.377 0.2690.8 5.027 1.257 0.838 0.628 0.503 0.3591 6.283 1.571 1.047 0.785 0.628 0.4491.2 7.540 1.885 1.257 0.942 0.754 0.5391.4 8.796 2.199 1.466 1.100 0.880 0.6281.6 10.053 2.513 1.676 1.257 1.005 0.7181.8 11.310 2.827 1.885 1.414 1.131 0.8082 12.566 3.142 2.094 1.571 1.257 0.8982.2 13.823 3.456 2.304 1.728 1.382 0.9872.4 15.080 3.770 2.513 1.885 1.508 1.077

artículo técnico 13reVista ciemi no 67 Julio 2011artículo técnico12 reVista ciemi no 67 Julio 2011

DiSEño DE un SiStEma Para ExtraEr EnErgía DE loS marES En un rango DE PotEnCia tEóriCa EntrE 75 y 4000 WattS

ara el desarrollo de un país, generar energía limpia, económica y de calidad es clave dado que la demanda de la misma crece día con día. Por ejemplo, en costa rica según cifras y proyecciones

del instituto costarricense de electricidad la demanda de energía ha tenido y tendrá un importante crecimiento, de aproximadamente 6% anual, lo que equivale a que cada 13 – 14 años el país tiene que duplicar la capacidad instalada de potencia. Dicha demanda es sufragada por una matriz energética conformada por varios tipos de sistemas, en diferentes rangos de potencias, por lo que la investigación y desarrollo en estos distintos sistemas es de suma importancia, ya que cada uno aporta de una u otra manera en la cobertura total de energía demandada. Diversos países han hecho grandes esfuerzos por invertir en proyectos que generen energías a partir de fuentes renovables, libres de remanentes de dióxido de carbono. estos se han enfocado en la generación hidroeléctrica, geotérmica, y un porcentaje en la generación a partir de los mares. en cuanto a extracción de energía a partir de los mares, se cuenta principalmente con cuatro métodos de extracción: a partir del oleaje, de las mareas, de las corrientes marinas y de los gradientes térmicos. el desarrollo de dichas tecnologías está en auge, pero existen pocos diseños para condiciones medias del mar. Datos investigados muestran la energía marítima según el método de extracción se explota en los siguientes rangos:

• oleajes con una altura media de 4 metros de altura y un periodo de 10 segundos.• mareas con carreras medias de 5 metros.• Corrientes oceánicas cuya velocidad media sea de 3 metros por segundo.• gradientes térmicos de 10 a 25 grados Celsius.

Por tanto, se justificó el estudiar una tecnología limpia y renovable poco investigada hasta ahora para condiciones medias, como las presentes en costa rica y un gran número de países con zonas costeras. el fin de un desarrollo de este tipo no es únicamente posicionar la energía en los grandes sistemas interconectados de cada país, sino también, aprovecharla en pequeñas industrias costeras, parques nacionales o inclusive islas donde no hubiese un tendido eléctrico disponible, o bien, dependan de un sistema de energía no renovable tales como lo son las plantas de diesel.

obJetiVo Del Proyecto

en un principio, el proyecto realizado tuvo como objetivo principal el diseño de un mecanismo que aproveche la energía del mar, en un rango de potencia teórico entre los 75 W y 4 kW. este rango fue fijado con el fin de tener rango de análisis definido, no obstante, el propósito es obtener un sistema cuyo escalamiento combinado con la instalación conjunta de varios mecanismos permitan lograr una potencia de salida, adecuada para cada caso concreto de demanda energética. en esta etapa no se está transformando la energía aprovechada en energía eléctrica. el cumplimiento de este objetivo general estuvo sujeto a las siguientes etapas:

p

ing. Ximena odio narváez, el ing. Luis alonso arce díaz y el ing. adolfo mora Vargas, ingenieros mecánicos.

• en primera instancia, se investigó el estado del arte de los proyectos existentes que aprovechen la energía de los mares, para de esta manera conocer de qué se dispone y cómo se han abordo este tipo de desafíos.

• se clasificaron los proyectos estudiados en el estado del arte según el tipo de fuente de energía marina utilizada.

• se definieron las características físicas típicas y necesarias para cada forma de extracción de energía identificada de manera cualitativa y cuantitativa

• se ejecutó tanto un estudio teórico como una clasificación de las costas de costa rica según los parámetros físicos requeridos para estos sistemas, a partir de la información obtenida en la etapa anterior.

• se puntualizó de forma breve de los aspectos ambientales y sociales de las zonas costeras de costa rica, aptas para la extracción de energía marina del punto anterior.

• se seleccionó el tipo de zona costera y tipo de extracción más adecuada para implementar el sistema mecánico según los criterios estudiados. a partir de esto, se plantearon las respectivas premisas de diseño.

• se desarrolló el concepto y diseño de un sistema mecánico que cumpla con los requisitos y premisas de diseño planteadas.

• se realizó el modelado matemático del diseño obtenido, como herramienta de evaluación y optimización del mismo.

• se evaluaron los resultados obtenidos con el modelo matemático.

• se implementaron mejoras de acuerdo a lo obtenido a partir de la evaluación realizada con el modelo matemático.

en síntesis, el interés del proyecto desarrollar un sistema que, independientemente de su tamaño, muestre que se puede obtener energía del mar de forma eficiente, limpia y con un impacto ambiental mínimo en las zonas costeras.

el Proceso De Diseño

el diseño partió de un concepto sencillo: aprovechar la fuerza boyante y la variación de altura de cada ola para mover una boya y comprimir aire con este movimiento. a pesar que este concepto es sencillo de plantear, lograr maximizar el aprovechamiento de la energía de cada ola no lo es. es por esto que se plantearon muchas ideas y conceptos de cómo diseñar una máquina que considerara todas las variables que se presentan en el mar, desde la altura de las olas hasta el impacto al ambiente. conjuntamente, luego de una investigación sobre las condiciones de oleaje presentes en costa rica, el tipo de zona más adecuado para este proyecto fue una altura de ola de 0,8 metros, un periodo de 8 segundos y una ubicación en una punta de la zona costera del océano Pacífico. cuando se desea aprovechar la energía de las olas se tiene la limitante que la fuente de energía no es continua, es dependiente de

la frecuencia del oleaje presente en la costa. es por esto que dentro del diseño inicial, se consideró instalar un reservorio de energía, es decir, un dispositivo que almacene esta entrada intermitente y la transforme en una salida continua. esto se logra transformando la energía mecánica en energía neumática, para el caso en cuestión. el proceso de diseño se realizó en tres etapas. la primera etapa consiste en el diseño con base en el cálculo general del sistema, relacionando las fuerzas en los pistones con la fuerza boyante obtenida. De esta forma se determinan las fuerzas de diseño para los elementos mecánicos, asegurando lograr obtener la potencia deseada. la segunda etapa consiste en el diseño minucioso de cada elemento mecánico con las fuerzas obtenidas en la primera etapa. Por último se realizó el diseño de un modelo matemático que permite estimar la reacción dinámica del mecanismo. con esta última herramienta se logra obtener resultados sin la presencia de un prototipo, en donde la construcción de este último se hace necesario luego de analizar los diseños teóricos y de realizar las mejoras que del análisis del modelo matemático se obtengan. este modelo consta de las ecuaciones diferenciales de cada uno de los elementos del mecanismo, programadas en simulink®. el tiempo que tarda la boya en reaccionar al movimiento de las olas es muy importante, y depende de la resistencia que oponga el mecanismo. si es muy alta, es posible que la boya no se mueva a tiempo a pesar de tener el volumen correcto para generar la fuerza boyante requerida. este dato se pudo estimar generando el modelo dinámico del sistema y así estimar el tiempo de reacción del mecanismo al pasar una ola. Por lo tanto el objetivo principal de este modelo fue obtener la curva de la fuerza boyante, que permite concluir cuál será el movimiento de la boya con respecto a las olas de diseño. estas tres etapas se realizaron de forma iterativa, es decir cada una brindó la información necesaria para continuar con las etapas siguientes, repitiendo el proceso hasta lograr optimizar el cálculo. Por lo que, la potencia teórica del mecanismo se estima considerando la relación de tres aspectos:• la potencia máxima que tienen las olas, en kW por metro de frente de ola.• la potencia máxima que puede obtener el mecanismo, es decir, caudal de aire a la presión de trabajo, la cual se definió en 100 psi.• el rango de oleaje que aprovecha el mecanismo, depende de su oposición al movimiento por fricciones internar, fuerzas inerciales y otros.

así pues, se logra seguir una metodología adecuada para realizar el diseño de esta máquina, capaz de aprovechar la energía de las olas. se aclara, que la construcción de un prototipo a escala es necesaria, para así comprobar el diseño teórico e implementar las mejoras obtenidas al probar dicho prototipo en campo.

resultaDos obteniDos

se sabe que el mecanismo reacciona siguiendo el oleaje en la condición de diseño de 0,8 metros y 8 segundos con un ligero retraso. el mecanismo tiene una velocidad de reacción máxima, es decir, si el mecanismo entero se sumerge en agua y el brazo se suelta, la velocidad a la que subirá tiene un valor máximo dado por el volumen de la boya, las fricciones y fuerzas inerciales del mecanismo. Por lo tanto, para cada ola de un periodo dado y de una altura dada se tiene una velocidad máxima. si el brazo puede reaccionar a esta velocidad o mayor, ciertamente el brazo se moverá con el oleaje, en el caso contrario la ola cubrirá la boya y se moverá, pero no de igual forma que la ola. en el siguiente cuadro se puede observar la velocidad requerida para poder mover la boya al mismo tiempo que las olas.

Cuadro 1. Velocidad máxima de las olas (m/s) la velocidad de la ola de diseño es de 0,628 m/s y esta se asume como la velocidad máxima que puede alcanzar la boya. la zona en rojo son todas las combinaciones de oleaje en las que el mecanismo trabaja siguiéndolas perfectamente, y la zona blanca es donde el mecanismo no logra seguir al oleaje. De esta forma, la potencia teórica máxima del mecanismo será la potencia máxima alcanzada por las olas localizadas en la zona roja del cuadro anterior, es decir la potencia máxima es de 173 W y la mínima de 25 W, como se muestra en el siguiente cuadro:

Cuadro2. Potencia teórica máxima del mecanismo en el rango de oleaje aprovechable

motiVación

amplitud Potencia teórica del mecanismo a Pm (m) (W) 1 4 6 8 10 140.2 173 87 58 43 35 250.4 173 173 116 87 69 500.6 173 173 173 130 104 740.8 173 173 173 173 139 991 173 173 173 173 173 1241.2 173 173 173 173 173 1491.4 173 173 173 173 173 1731.6 173 173 173 173 173 1731.8 173 173 173 173 173 1732 173 173 173 173 173 1732.2 173 173 173 173 173 1732.4 173 173 173 173 173 173


ing. alonso arce, ing. adolfo mora, ing. Ximena odio

produce la máquina, eliminar puntos críticos, y estimar qué factores se deben prever al desarrollar este diseño. se concluyó que el impacto general del mecanismo en el ambiente es bajo, que los efectos son recuperables y que la extensión del impacto es mínima, limitada a la zona en la que está instalado. el punto más crítico es el derrame de aceites; por eso, el diseño contempla utilizar grasas.

conclusiones Del Proyecto

el desarrollo de tecnologías que permiten extraer energía de los mares está en auge debido a las necesidades energéticas, pero existen pocos diseños para condiciones de oleaje medio. la energía marítima según el método de extracción, en su mayoría, se explota en los siguientes rangos:

• oleajes con una altura media de 4m y un periodo de 10 s.• mareas con carreras medias de 5 m.• corrientes oceánicas cuya velocidad media sea de 3 m/s.• gradientes térmicos de 10°c a 25°c.

en general, las costas costarricenses presentan una altura de ola con poca variación a lo largo de ellas, no obstante la costa Pacífica es más apta para instalar proyectos de aprovechamiento del oleaje, ya que esta presenta condiciones ligeramente más constantes que la caribe y posee numerosas geometrías de punta que permiten concentrar y direccionar los frentes de ola. el mecanismo diseñado se ha logrado adaptar a estas condiciones media – baja de oleaje, por lo que se logra aprovechar la energía de fuentes con bajos índices energéticos. además, se obtuvo energía de una fuente intermitente y se almacena para ser aprovechada como una fuente continua, aprovechando la energía en todo momento del día, inclusive sin importar el nivel de la marea. esto se logra al colocar el sistema a mitad de carrera de la marea, lo que permite optimizar el rango de movimiento angular del brazo en marea alta y baja. Por otra parte, las necesidades energéticas del mundo siempre aumentan, y además se tiene un compromiso especial con el desarrollo de tecnologías limpias. las costas podrían ser un factor importante en la cobertura de esta demanda, diseñando de forma adecuada mecanismos que se adapten a las diferentes condiciones del medio, como es el caso del diseño en cuestión. con esto se busca cubrir una parte de la demanda en cualquier zona donde se tenga un frente de oleaje de cualquier intensidad. Finalmente y como conclusión global del proyecto de graduación, se afirma que se logró diseñar un mecanismo que obtiene energía de los mares dentro del rango de potencia entre 75W y 4kW.

¿Cómo se ha continuado el proyecto más allá de un trabajo final de graduación?

realmente la conclusión más importante fue la que no es mencionada, dado que este proyecto tiene potencial para continuarse y llevarse a la realidad. el proyecto está muy joven, y falta mucho por optimizar. en este punto trabajar en la conversión directa de energía sin el uso de aire comprimido es necesario, para entonces proceder a construir un prototipo. Fuera del marco de un trabajo final de graduación se ha continuado trabajando independientemente, pero a un ritmo menor. al ser informados sobre el congreso mundial de ingeniería argentina 2010, y estudiar el enfoque y objetivos del mismo, se identificó una oportunidad para ir a presentar el proyecto, conocer a otras personas que están en el mismo campo, y encontrar apoyo. esto se logró gracias al apoyo que dio el ciemi; efectivamente en argentina el pasado octubre se tuvo la oportunidad de conocer a un grupo que trabaja en un proyecto similar, que de igual manera fue

Por lo tanto, se obtuvo un mecanismo portátil, fácil de instalar sobre pilotes, con flotabilidad suficiente para ser transportada con una embarcación pequeña, con un peso de 1567 kg y dimensiones globales de 1932 mm de largo por 1473 mm de ancho, más un brazo de 3,20 m de largo con una boya de 1 m de diámetro y 1,8 m de largo, que produce 173 W de potencia teórica máxima en la condición de 0,8 m de altura de oleaje y 8 s de periodo. en el siguiente cuadro se muestra la potencia teórica del mecanismo en varias combinaciones de altura y periodo de oleaje, es decir, la potencia calculada como el caudal de aire a una presión dada suponiendo que el brazo siga exactamente las olas, modificando la fuerza boyante disponible:

cuadro: Potencia teórica del mecanismo (W)

¿cómo se estimó el imPacto al ambiente?

Primero se hizo una lista de todos los posibles factores que podrían causar un impacto al ambiente, y se clasificaron en: aspectos físicos y químicos, impacto a la vida marina, impacto visual e impacto sonoro. luego se consideró la probabilidad de que ocurran, intensidad que tendrían, la extensión que tendría cada uno, la duración del impacto, y el tiempo de recuperación que requeriría. a cada una de estas cinco consideraciones se le asignó un puntaje. se consultó a un experto, el biólogo luis a. cruz meléndez coordinador general del laboratorio del instituto de investigaciones en la ingeniería de la universidad de costa rica, y se pudo valorar cada uno de los factores en las categorías mencionadas. se hizo una gráfica de probabilidad contra intensidad, colocando en ella cada uno de los factores considerados. se identificaron los cuadrantes, siendo el cuadrante superior derecho el de mayor interés ya que es donde se ubican los factores que pueden provocar un impacto de mayor intensidad y que tienen gran probabilidad de que ocurran. se utilizó esta gráfica como una herramienta de diseño, y se rediseñó hasta que no hubieran factores en el cuadrante superior derecho. con esta metodología pudimos cuantificar el impacto que


amplitud Periodo a t (m) (s) 1 4 6 8 10 140.2 347 87 58 43 35 250.4 694 173 116 87 69 500.6 1041 260 173 130 104 740.8 1388 347 231 173 139 991 1735 434 289 217 173 1241.2 2082 520 347 260 208 1491.4 2429 607 405 304 243 1731.6 2776 694 463 347 278 1981.8 3123 781 520 390 312 2232 3470 867 578 434 347 2482.2 3817 954 636 477 382 2732.4 4164 1041 694 520 416 297

impacto quíimico y

físico al océano

impacto a la vida marina

impacto visual

impacto sonoro

a presentar su proyecto, y con quien se espera estar en contacto para intercambiar información. se conversó de una oferta de apoyo académico por parte de este grupo, y con esta motivación en esta nueva etapa se espera fijar metas y estructurar el trabajo para lograr avanzar, y no dejar el trabajo realizado en el olvido. Por el momento la motivación personal es el motor que impulsa este proyecto, ya que no hay intereses de ninguna empresa u otro ente inversor al día de hoy.

Futuras líneas de trabajo

Para finalizar, se considera que en esta etapa el principal punto de interés de este proyecto son las futuras líneas de trabajo que se han identificado. estas justifican el darle continuidad al proyecto:• modificación del mecanismo para generar energía directamente sin el uso de aire comprimido: esto permitirá evitar pérdidas por fricción, y por la compresibilidad del aire, lo que según estimaciones hechas permitirá pasar de 173W a aproximadamente 1kW. Dicha modificación incluso permitirá bajar el tamaño de los elementos internos del mecanismo y por ende, los costos.• agregar paneles solares en la tapa: esto permitirá tener una reserva de energía alternativa, que puede ser utilizada en el arranque del mecanismo, en posibles sistemas electrónicos de control o bien para apoyar el trabajo realizado por el mecanismo.• Diseño de una estructura para instalar varias máquinas en costas que carecen de punta: es posible idear un tipo de construcción poco invasiva que permita colocar el mecanismo en costas que no tengan una punta geográfica natural disponible.• Diseño de un sistema tipo “veleta” para alinear la máquina a la dirección de menor esfuerzo y mayor incidencia de olas: la veleta permitiría que naturalmente la máquina se alinee y así las fuerzas laterales de arrastre disminuyan un poco. optimización de la geometría de la boya: el modelo matemático evidenció que la geometría de la boya tiene un impacto en la velocidad con que el mecanismo experimenta la fuerza boyante, por lo que este es un punto de trabajo muy interesante. Para terminar se puede mencionar que, si bien, el proyecto realizado está en su etapa más inicial, tiene un sin fin de rumbos para continuarlo, mejorarlo y finalmente implementarlo. lo mostrado no es más que la exposición de una de las tantas maneras que existen para atacar un gran problema; la demanda de energía limpia y sostenible.

Figuras

categorías para la clasificación de factores que pueden causar un impacto al ambiente

Presentación de Poster en el congreso mundial de ingeniería argentina 2010, el 20 de octubre, 2010. en el orden natural: luis alonso arce Díaz, maría ximena odio narváez, adolfo mora Vargas

Detalle de las dimensiones generales de la máquina.


ing. alonso arce, ing. adolfo mora, ing. Ximena odio

ensamble de la máquina

Figura 1 Figura 2

ejemplo de aplicación del sistema propuesto. Varios sistemas instalados en la punta de una costa, conectados a una casa de máquinas ubicada en la playa. el recuadro detalla la sujeción del mecanismo por medio de pilotes fijos al lecho marino.


mEDiCión DE EFiCiEnCia En línEa En PlantaS DE gEnEraCión

n costa rica el 80 por ciento de la generación eléctrica se produce por medio de fuentes limpias como el agua. y es que para nadie es un secreto que las fuentes de energía limpias se

agotan, esto alerta y llama a consideración a los actores involucrados en el tema, para que tengan más conciencia y conocimiento en la forma más eficiente de explotar los recursos naturales. gracias a los avances tecnológicos, permiten al ingeniero de plantas de generación eléctrica, poder monitorear el rendimiento y la eficiencia de sus máquinas de generación. y de esta forma lograr un eficiente aprovechamiento de los recursos con que cuenta nuestro país. Para el caso de las plantas hidroeléctricas, es necesario conocer, medir y comparar con la eficiencia dada por el fabricante qué tan bien se utiliza el agua almacenada en embalses y si se está aprovechando al máximo dicho recurso agotable. todo esto a la larga será, no solo ahorros en los costos de producción, sino que también brinda un mejor futuro a las nuevas generaciones.se tuvo la posibilidad de desarrollar un proyecto demostrativo en la unidad estratégica de negocios Producción de electricidad del ice (uen Pe). específicamente en Planta arenal. como mejora a lo ya existente. toda la programación fue hecha con el software labVieW®, utilizando señales de potencia y caudal tomadas directamente de los equipos y enviadas mediante la red institucional (ip) a una base de datos tipo PostgresQl® ubicada en el complejo empresarial en sabana norte; dichos datos son interrogados en tiempo real con labVieW® las pantallas muestran la información necesaria para que el ingeniero de planta pueda conocer, medir

e

José pablo arroyo benavides Proyecto de graduacióningeniero electrónico universidad Hispanoamérica

en este sistema de información y lograr comparar los datos con las curvas de eficiencia los caudales de agua turbinados dados por el fabricante; así , poder obtener el rendimiento y eficiencia del uso del agua del lago arenal. con los insumos de variables como nivel de embalse, caudal, potencia y nivel de desfogue (nivel de restitución del agua turbinada), tanto de diseño como medidos en planta, se crearon una serie de pantallas de monitoreo de la eficiencia y el rendimiento de las unidades de generación de la PH arenal. con dichos datos, y programación en labVieW®, se pudo comparar los valores de eficiencia y rendimiento de diseño contra los medidos en planta

(reales), arrojando resultados muy valiosos para el ice ya que a la larga se traducen en reducción de costos de producción, de mantenimiento y por supuesto en el uso más eficiente de los recursos. es impórtate resaltar que esta información es en tiempo real.

con estos cálculos, el ingeniero puede saber si está operando o no en el punto más eficiente de su planta, lo anterior con base en los datos reales comparados con los datos dictados por el fabricante de turbinas y generadores (diseño de las máquinas). esto permite utilizar cada gota de agua de la forma más aprovechable posible y así no ser desperdiciada por ineficiencia del sistema. otra de las ventajas que tiene esta herramienta es que proporciona al ingeniero una idea de las pérdidas en energía que están teniendo sus unidades y que en algunos casos se traduciría en la necesidad de arrancar unidades de mayor costo en producción esto en el caso en donde la planta cuente con más de una unidad de generación.

objetivosgenerales

evaluar procedimiento para

recopilar e integrar la información almacenada en las bases de datos de las variables de la uen

Pe

Diseñar y proponer un

sistema preliminar para Planta arenal y unidad 5 de moin

mediante labview®

al generar con electricidad de tipo hidráulica de la manera más eficiente, permite alargar la vida a las unidades de generación. el cálculo de niveles de embalse para extraer la mayor cantidad de energía también ayudan a que dichas unidades no sufran sobreesfuerzos debido a mala operación de las mismas. en base a dichos cálculos se puede minimizar las fallas y los mantenimientos de estas máquinas. con base en los datos calculados y mostrados en la pantallas de labVieW®, el ice tiene la posibilidad de comparar rendimientos y eficiencias de cada una de sus unidades de generación. lo anterior con el fin de que pueda tomar decisiones para así generar con las unidades más eficientes y por supuesto minimizar la producción térmica hasta donde sea posible, siempre con la consigna de seguir brindando a los usuarios la mejor calidad en energía eléctrica y al menor costo posible.

nivel del embalse

Headwater

Forebay

embalse

Penstock

tailwaterafterbay

turbina

nivel de desfogue

generadorsaldo neto (m)

DePortes18 reVista ciemi no 67 Julio 2011 PublirePortaJe 19reVista ciemi no 67 Julio 2011

a esta disponible en el país un concepto nuevo y único dentro del diseño de iluminación natural, ningún otro equipo

de iluminación natural permite la entrada de luz solar mientras elimina los dañinos rayos uV. estos sistemas de iluminación natural son los únicos en el mercado creados con tecnología prismática de alta eficiencia. “Por su diseño y tecnología patentada con 80 mil prismas por metro cuadrado capta los rayos solares desde las primeras horas del día y hasta entrada la tarde, incluyendo en días nublados”, dijo el ing. Danilo rodríguez de ingeniería Dr&r, distribuidores oficiales en el país. la empresa trimpot electronics colocó este sistema de iluminación en dos de sus plantas. en la planta tel West, por ejemplo, ahora se mantienen apagadas 120 luces de 400 watts, que se usaban para la iluminación general de la planta, además de los fluorescentes de las áreas de trabajo. “logramos un 6% de ahorro en la factura anual por concepto de electricidad en esta planta, recuperaremos la inversión en 2 años y 4 meses”, comentó el ing. manuel Hidalgo, encargado del Programa de ahorro de energía de la empresa. esta tecnología no incrementa la carga térmica al interior del lugar ya que la doble capa de sus materiales y la facilidad de difuminar el 100% de la luz, impide el paso del calor. “además al estar fabricado con acrílico 100% puro ofrece alta resistencia a la compresión, a la degradación y factores climáticos como viento y granizo”, explicó el ing. rodríguez. el difusor prismático permite la entrada de hasta un 30% mas de luz solar que los convencionales, los difusores de luz de burbuja blanca estándar derriban la transmisión de la luz para lograr la difusión y los difusores de luz claros producen puntos calientes, reflejos y daños de uV para la construcción. en Plaza del sol están colocando 42 difusores industriales, según explica el arq. alfredo borbón, encargado del proyecto, “una de las principales ventajas que para nosotros tiene el producto es su capacidad para difuminar la luz y que no eleva la temperatura de los espacios, es decir, no hay calor”los difusores prismáticos están disponibles en diferentes medidas para ofrecer la solución más eficaz a cada necesidad de iluminación. se pueden colocar en edificaciones industriales, centros de logística, espacios comerciales, centros deportivos, centros educativos, hospitales, y casas de habitación. si desea más detalles puede comunicarse al 2244-3527 de ingeniería Dr&r o visitar su sitio web www.ingenieriadrr.com

Y

iluminE SuS ESPaCioS Con luz natural y Sin rayoS ultraviolEta

la Junta Directiva del ciemi le invita a participar en las actividades culturales, deportivas, sociales y de formación profesional que estaremos llevando a cabo durante el segundo semestre de 2011.

Dé seguimiento a estas actividades a través de las invitaciones del ciemi y el cFia-mail.

le esperamos.

Convivio DEPortivo

l pasado 7 de mayo de 2011, en uxarrací, se llevó a cabo el primero convivio deportivo del ciemi, el cual fue organizado por la comisión de Deportes

la participación excedió las expectativas, hubo actividades en las disciplinas deportivas de ajedrez, atletismo, ciclismo, fútbol 11, futbol 5 femenino (debut del equipo del ciemi en esta disciplina el cual puso en apuros al campeón de los juegos laborales el equipo del cFia) y otras. merece destacarse la camaradería y la unión que pudimos percibir entre los diferentes grupos que interactuaron en la actividad. Fue muy gratificante observar a todos compartir al aire libre y también destacar la calidad de la parrillada que se ofreció a los presentes. esta iniciativa de la comisión de Deportes satisfizo profundamente a la Junta Directiva del CiEmi.

e

comisión de comunicaciones

4 ProPuesta Para la simbología eléctrica...

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