Editorial... Influencia del DVR en la Respuesta Transitoria de un Parque Eólico ante Huecos de Tensión... Alberto Ríos

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1 Editorial... 3 Influencia del DVR en la Respuesta Transitoria de un Parque Eólico ante Huecos de Tensión... Alberto Ríos 5 Fotodegradación de Anaranjado de Metilo y Verde de Bromocresol con Radiación Ultravioleta... Wendilay Matos/ Hernán Zapata 15 Aprendizaje Experiencial y Rendimiento Académico... Klinge Villalba 21 Diseño e Implementación de una Prótesis en Base a Mioelectricidad María Teresa Mendoza/ Hernando Prada 29 Efecto de Cuatro Dosis Nitrogenadas sobre el Rendimiento de Soca en alcachofa sin Espinas (Cynara Scolymus L.) var. Lorca en Moche, La Libertad... Victoria Larco 35 Diseño y Construcción de un Robot Soldador... Nilton Anchayhua 41 Asterisk Security using Transport Layer Security and Secure Real-Time Transport Protocol... Raymond A. Hansen / Adolfo Cáceres 49 Identificación de las Brechas de Competencias Genéricas en Egresados del Instituto de Educación Superior Tecnológico Privado Tecsup N 2... María Eugenia Paz 55

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3 EDITORIAL Al llegar el séptimo año de nuestra revista queremos reconocer el aporte de los que nos han acompañado en este camino, ya sea a través de la presentación de artículos o con el trabajo necesario para que cada número salga a la luz con la calidad que todos deseamos. Como en toda empresa, es natural que haya cambios y este es también nuestro caso. Desde hoy tenemos un nuevo equipo que deberá continuar el buen trabajo desarrollado por quienes durante seis años han sabido mantener el nivel esperado en una publicación indexada. Este año es de especial importancia para nuestra institución debido a la inauguración del Centro de Innovación, Desarrollo y Emprendimiento en Tecnología. Este centro, denominado Tecsup i+de, impulsará especialmente la innovación tanto en miembros de la sociedad académica como en profesionales de la industria, respondiendo así a las actuales necesidades del país. Tecsup i+de contará con ambientes especialmente diseñados, entre lo que destaca un laboratorio de fabricación digital, denominado Fab Lab, el cual es el resultado de una idea originada en el Centro de Bits y Átomos (CBA) del MIT, Estados Unidos, y que impacta en el mundo, a tal punto que se habla del inicio de una tercera revolución industrial. Este será parte de una red global que favorece la creatividad, y abre el camino a la fabricación personal, a través del uso de equipos de última generación. Indudablemente, este centro será un espacio que permitirá la implementación de muchas ideas asociadas al desarrollo tecnológico y aplicación de la ingeniería, y a la vez una fuente de gran potencial para la generación de artículos que seguramente alimentarán las páginas de nuestra revista en las futuras ediciones. Comité Editorial

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5 Influencia del DVR en la Respuesta Transitoria de un Parque Eólico ante Huecos de Tensión Influence of the DVR in the Transient Response a Wind Farm Against Voltage Dips Alberto Ríos, Universidad Europea de Madrid Resumen En este artículo se evalúa la respuesta transitoria del modelo dinámico ante huecos de tensión de un restaurador dinámico de tensión (DVR por sus siglas en inglés) y el impacto de estos dispositivos electrónicos en mantener la continuidad de suministro de las turbinas eólicas de ante huecos de tensión bifásicos y trifásicos. El objetivo de estos estudios es comprobar la influencia en la capacidad de las turbinas y parques eólicos de los DVR en cumplir los cada vez más exigentes requisitos de conexión de los operadores del sistema eléctrico. Abstract This paper analyzes the transient response of dynamic model againts voltage dips of Dynamic Voltage Restores (DVR) and the impact of these electronic devices to maintain the continuity of supply againts a three-phase and two-phase voltage dips. The aim of these studies is to verify the influence of the DVR in the ability of wind turbines and wind farms to fulfill the more demanding grid connection requirements of power systems operators. Palabras claves Turbinas eólicas, estabilidad transitoria, integración en red. Key words sistemas eléctricos es una práctica con varias décadas de experiencia. Los primeros sistemas fueron las conexiones de corriente continua de alta tensión, HVDC, y los compensadores estáticos de potencia reactiva, SVC, que emplea en los sistemas de transmisión y distribución, respectivamente, con notable éxito [1, 2]. Estos dispositivos electrónicos adoptaron el nombre genérico de FACTS (acrónimo que proviene de la denominación en inglés Flexible AC Transmission System). Los FACTS se definen como sistemas flexibles de transmisión de corriente alterna que permiten aumentar la capacidad de transporte de las líneas, dirigir los flujos de potencia a líneas más descargadas, controlar la tensión en los nudos, compensar el factor de potencia, amortiguar las fluctuaciones de tensión en las cargas y mantener la estabilidad de ángulo. Debido a la rapidez en su operación, también pueden mejorar la respuesta del sistema ante una amplia variedad de fenómenos dinámicos. Uno de los campos de mayor aplicación de los dispositivos electrónicos de potencia es el control de la tensión en los nudos del sistema eléctrico. Puesto que la tensión y la potencia reactiva son magnitudes eléctricas estrechamente ligadas, se consideran elementos de control de tensión a aquellos dispositivos que son capaces de generar o absorber potencia reactiva cuando se les solicita: generadores síncronos, transformadores con regulación en carga, condensadores síncronos, reactancias y baterías de condensadores en paralelo, así como compensadores estáticos de potencia reactiva, basados en dispositivos electrónicos. 5 Wind turbines, transient stability, grid integration INTRODUCCIÓN La utilización de dispositivos electrónicos de potencia en los Tradicionalmente, las maniobras de control de tensión en un sistema eléctrico, se realizaban con ayuda de interruptores mecánicos, como el control de cambio de tomas de los transformadores o la conexión y desconexión de bobinas y/o condensadores. Estos interruptores poseen un tiempo de respuesta

6 RÍOS, A., Influencia del DVR en la Respuesta Transitoria de un Parque Eólico ante Huecos de Tensión 6 lento y tienden a desgastarse con rapidez creando condiciones propicias para la aparición de faltas. FUNDAMENTOS Dispositivos electrónicos de potencia La aparición de dispositivos electrónicos de conmutación basados en tiristores, que realizan las mismas funciones que los mecánicos, pero con una mayor velocidad de operación y menos problemas técnicos, mejoró la funcionalidad de los sistemas de compensación de potencia reactiva. Las desventajas de los dispositivos electrónicos basados en tiristores es su excesiva dependencia de la onda de tensión impuesta por la red, que en caso de brusca reducción limitan su capacidad de generación o absorción de potencia reactiva. Posteriormente, el desarrollo de semiconductores de alta potencia, como los GTO, IGBT e IGCT, condujo a la aparición de una nueva generación de convertidores electrónicos de conmutación forzada para su aplicación en los sistemas eléctricos [3]. Estos convertidores electrónicos se implementan utilizando fuentes controladas de tensión (VSI Voltage Source Inverter) o de intensidad (CSI Current Source Inverter) que poseen mejores características técnicas, mayor rapidez de respuesta y un mayor rango de aplicación que los dispositivos electrónicos basados en tiristores. Entre las ventajas de los convertidores electrónicos de conmutación forzada se pueden destacar que no dependen de la onda de tensión de la red y que operan con cualquier factor de potencia. ante una contingencia: prefalta, falta y postfalta. La capacidad para actuar rápidamente ante contingencias y mejorar la respuesta transitoria durante la falta e inmediatamente después del despeje de la falta convierte a los FACTS en elementos de control dinámico sumamente atractivos. Los dispositivos FACTS se pueden clasificar de diferentes maneras [15, 16, 17]. Una forma de clasificar estos dispositivos electrónicos es de acuerdo al tipo de conexión que se emplea para conectarlos a un sistema eléctrico. En este sentido, los FACTS se pueden conectar en derivación o paralelo, en serie o una combinación de ambos: serie-paralelo. Los dispositivos en paralelo controlan la tensión en un nudo gracias al control de la susceptancia en paralelo o de la intensidad reactiva inyectada o absorbida. Los dispositivos en serie generan una tensión en serie, a partir de una fuente de tensión controlada o de una impedancia variable, que puede ser un condensador o una reactancia. Una impedancia variable multiplicada por la intensidad que fluye a través de ella, representa una tensión en serie. Un dispositivo serie-derivación puede ser la combinación de dispositivos serie y derivación, controlados de forma coordinada e inyectando tensión e intensidad, respectivamente. Un controlador unificado de flujo de potencia es un ejemplo de un dispositivo mixto serie-paralelo, que incluye un compensador estático en paralelo y una fuente estática en serie. En la tabla 1, se muestra una comparativa de los diferentes dispositivos mecánicos y electrónicos utilizados en un sistema eléctrico, considerando el tipo de conexión. Los dispositivos FACTS de primera generación eran las versiones electrónicas de los sistemas de regulación por cambio de tomas y de desfase de ángulo de los transformadores, junto con las diferentes configuraciones de los compensadores estáticos de potencia reactiva, SVC. En tanto que, el compensador estático síncrono (STATCOM), el controlador serie de estado sólido (SSSC) y el controlador unificado de flujo de potencia (UPFC) se consideran dispositivos FACTS de última generación [4, 5, 6]. Los dispositivos FACTS de última generación encuentran aplicación en los sistemas eléctricos industriales y en los sistemas de generación basados en energías renovables, tal como lo han demostrado diversos trabajos realizados [7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14]. En este caso, el objetivo es mejorar la calidad de la energía suministrada a los consumidores y optimizar la integración de los sistemas de generación renovables. Una propiedad única de los FACTS es la gran flexibilidad que presentan en los tres estados operativos del sistema eléctrico Otro importante campo de aplicación de los dispositivos electrónicos de potencia es la mejora de la calidad de la energía eléctrica entregada a los consumidores. Existen una serie de dispositivos electrónicos, conocidos como dispositivos de acondicionamiento de potencia [18, 19, 20], que se caracterizan por su capacidad de mitigar los problemas relacionados con la calidad de la energía eléctrica. Estos dispositivos se suelen instalar en las redes de distribución, cerca de las cargas. Al igual que los dispositivos FACTS, elevan la capacidad de transmisión de potencia y los límites de estabilidad, y aseguran que el suministro a los consumidores se realice dentro de los criterios de calidad y fiabilidad establecidos: sin interrupciones, con bajos niveles de desequilibrio de fases, flicker y distorsión armónica, mantienen los niveles de tensión y factor de potencia dentro los márgenes de funcionamiento normal. Entre los dispositivos electrónicos de acondicionamiento de potencia más empleados destacan el compensador estático de distribución (D-STATCOM), el restaurador dinámico de tensión (DVR) y el acondicionador unificado de calidad de potencia

7 RÍOS, A., Influencia del DVR en la Respuesta Transitoria de un Parque Eólico ante Huecos de Tensión (UPQC). Estos dispositivos electrónicos de potencia se pueden conectar en serie o en paralelo o por una combinación de ambos. En la tabla 1, se incluyen los dispositivos electrónicos de acondicionamiento de potencia en función del tipo de conexión. Tabla 1: Clasificación de los dispositivos mecánicos y electrónicos según el tipo de conexión. Modelo dinámico del DVR Un DVR (Dynamic Voltage Restorer) es un dispositivo electrónico que pertenece a los denominados dispositivos de acondicionamiento de potencia [21, 22]. Su principal objetivo es mejorar los índices de calidad del suministro eléctrico de las redes de distribución: variaciones de tensión, distorsión armónica, desequilibrios de fases, etc. Un DVR, en particular, es empleado para atenuar los huecos de tensión y sobretensiones que puedan afectar el suministro de una carga [22, 23, 24, 25]. El DVR consiste de un transformador conectado en serie entre el sistema de distribución y la carga, un convertidor electrónico, una batería de condensadores, un filtro pasivo que reduce los efectos de las elevadas frecuencias de conmutación de los semiconductores, un sistema de control asociado y un bypass electrónico que mantiene desconectado el DVR hasta la detección de un hueco de tensión o una sobretensión, lo que evita pérdidas de energía en modo de espera. En la figura 1 se muestra un esquema simplificado del DVR descrito. El principio de funcionamiento de un DVR se basa en la inyección de una tensión controlada en serie con la línea que alimenta una carga cuando se detecta un hueco de tensión o una sobretensión. El DVR se encarga de inyectar la tensión en serie necesaria para mantener la tensión en el nudo de carga dentro de los rangos admisibles de funcionamiento. La siguiente expresión matemática representa la forma de calcular la tensión a inyectar por el DVR: U DVR = U S pre falta U S hueco Figura 1: Representación esquemática del DVR. En la figura 2, se presenta el diagrama vectorial del funcionamiento del DVR ante huecos de tensión. U L es la tensión en el nudo de carga; U S pre falta es la tensión en el nudo de red, U S, anterior a la falta; U DVR es la tensión inyectada por el DVR; φ es el ángulo entre la tensión y la intensidad de la carga y θ es el salto de fase que aparece entre la tensión anterior a la falta, US pre falta, y el hueco de tensión en el nudo de red, U S hueco. El ángulo θ indica que durante el hueco de tensión no solo se puede producir una reducción del valor eficaz de la tensión anterior a la falta, U S pre falta, sino que también puede aparecer cierto desfase entre la tensión previa al hueco y el hueco de tensión en el nudo de red. Inicialmente, se asume que la tensión en el nudo de carga, U L, es igual a la tensión del nudo de red anterior a la falta, U S pre falta, despreciando la caída de tensión en el bypass del DVR. Cuando ocurre un hueco de tensión en el nudo de red, la tensión US pre falta, se modifica a una tensión, que se denomina tensión de hueco, U S hueco. Debido a la acción del DVR, la tensión en el nudo de carga alcanza el valor anterior a la falta. El sistema de control del DVR controla la amplitud y el ángulo de fase de la tensión inyectada en serie, U DVR, de tal manera que elimina cualquier perturbación transitoria del hueco de tensión en el nudo de la carga controlada. En la figura 3, se muestra el diagrama de bloques del DVR implementado. El sistema de control monitoriza la tensión en el nudo de red, U S, y la compara con la tensión anterior a la falta, U S pre falta, previamente transformadas a una referencia síncrona, u S dq. y u S pre falta dq.. Las señales de control del convertidor electrónico, u DVR dq., se obtienen como la diferencia entre la tensión anterior a la falta, u DVR dq., empleada como tensión de referencia, y la tensión del 7

8 RÍOS, A., Influencia del DVR en la Respuesta Transitoria de un Parque Eólico ante Huecos de Tensión Evaluar la influencia del DVR en la respuesta transitoria y en la continuidad de suministro de una turbina eólica de velocidad fija. Evaluar la influencia del DVR en la respuesta transitoria y en la continuidad de suministro de un parque eólico de velocidad fija. El modelo dinámico del DVR y de la turbina eólica de velocidad fija se ha implementado en la plataforma informática DIgSI- LENT Power Factory. Figura 2: Diagrama vectorial del funcionamiento del DVR ante huecos de tensión. hueco en el nudo de red, u S dq.. Ante la aparición de un hueco de tensión o una sobretensión se genera una señal de referencia, u DVR dq., en caso contrario el DVR seguiría en modo de espera y su tensión inyectada sería nula. En diversos trabajos se ha demostrado la rápida respuesta del DVR en la protección de cargas sensibles ante huecos de tensión [25, 26, 27, 28]. En siguientes apartados se intentará demostrar las posibilidades del DVR en la mejora de la respuesta transitoria y la capacidad de mantener la continuidad de las instalaciones eólicas. El DVR implementado en la plataforma de simulación DIgSI- LENT corresponde al esquema simplificado mostrado en la figura 1. El DVR analizado tiene una potencia nominal de 2 MVA. La carga eléctrica a la que se conecta en serie el DVR consume una potencia activa de 2 MW y una potencia reactiva de 1 MVar. En el modelo de la turbina eólica de velocidad fija se incluye el modelo flexible del acoplamiento mecánico y el modelo completo del generador asíncrono. Se ha incluido, también, el sistema de compensación de potencia reactiva dentro del modelo general de la turbina eólica así como el transformador elevador de baja a media tensión y la impedancia del equivalente Thevenin hasta el punto de conexión a la red eléctrica. 8 La turbina eólica está compuesta por un generador asíncrono de jaula de ardilla con una potencia nominal de 2 MW y tensión nominal de 690V. El generador asíncrono se conecta a una red de media tensión de 30 kv a través de un transformador elevador de 2,7 MVA. La potencia de cortocircuito en el punto de conexión es 25 veces la potencia nominal del generador eléctrico. Las baterías de condensadores conectados en paralelo a la turbina se han dimensionado de tal forma que el factor de potencia resultante es de 0,99 inductivo. En la figura 4, se muestra el esquema empleado en los estudios de estabilidad transitoria propuestos. Figura 3: Diagrama de bloques del sistema de control del DVR implementado. Metodología El estudio del impacto del DVR en la respuesta transitoria de una turbina eólica de velocidad fija consiste en realizar los siguientes estudios: Evaluar la respuesta transitoria del DVR conectado a una carga ante un hueco de tensión. En la figura 5, se muestra el esquema eléctrico para la simulación de la respuesta transitoria de un parque eólico de velocidad fija de 50 MW a la que se conecta en serie un DVR con una potencia aparente de 50 MVA, en el nivel de tensión de 30 kv de la subestación transformadora. Para determinar si la turbina eólica o el parque eólico se mantienen conectados después de un cortocircuito, se utilizarán los siguientes criterios: Los sistemas de protección de la turbina no actúan durante el período de simulación y, por tanto, no desconectan la

9 RÍOS, A., Influencia del DVR en la Respuesta Transitoria de un Parque Eólico ante Huecos de Tensión una falta trifásica o bifásica, se deberán encontrar dentro de unos límites predeterminados. Figura 4: Esquema eléctrico empleado en los estudios de la turbina eólica de velocidad fija. En relación a los consumos puntuales de energía y potencia (activa y reactiva) durante el hueco de tensión y el período inmediatamente posterior al despeje de la falta, se definen tres zonas claramente diferenciadas. La zona A correspondería a los primeros 150 ms después del inicio del hueco de tensión, la zona B se define como el periodo desde los 150 ms hasta los 500 ms de duración del hueco mientras que la zona C corresponde a los 150 ms inmediatamente posteriores al despeje de la falta. En la figura 8 se muestra de forma esquemática las zonas, diferenciadas de un hueco de tensión y los límites establecidos de consumos de energía y potencia (activa y reactiva) e intensidad reactiva de una instalación eólica ante un hueco bifásico y trifásico. 9 Figura 5: Esquema eléctrico empleado en los estudios de la turbina eólica de velocidad fija. turbina eólica. Sin embargo, se verifica si los parámetros evaluados de la turbina superan los valores umbrales de los diferentes sistemas de protección. En la tabla 2, se muestran los valores característicos de los sistemas de protección de las turbinas eólicas. Tabla 2: Umbrales típicos de disparo de los sistemas de protección de una turbina eólica. Fuente propia. Los intercambios de potencia activa y reactiva, tanto durante el período de duración del hueco de tensión como en el periodo de recuperación posterior al despeje de Figura 8: Zonas diferenciadas del hueco de tensión y límites de consumo de energía y potencia. Fuente propia. RESULTADOS Respuesta transitoria del DVR En este apartado se analiza la respuesta transitoria del DVR ante un hueco de tensión trifásico con una tensión residual igual al 20% de la tensión nominal durante 500 ms, en el nudo de red. El DVR implementado en la plataforma de simulación DIgSILENT corresponde al esquema simplificado mostrado en la figura 1. En la figura 9 se observa que ante la aparición del hueco de tensión, el DVR inyecta una tensión de tal magnitud, que evita que la carga detecte el hueco de tensión. La acción del DVR ajusta la tensión en el nudo de carga a su valor anterior a la falta. Influencia del DVR en la respuesta transitoria de una turbina eólica En el presente apartado se evaluará la respuesta transitoria de una turbina eólica de velocidad fija al cual se le conecta un

10 RÍOS, A., Influencia del DVR en la Respuesta Transitoria de un Parque Eólico ante Huecos de Tensión Figura 9: Influencia del DVR en la respuesta de tensión de una carga. DVR en serie. Se analizará la capacidad de la turbina eólica equipada con un generador asíncrono + DVR, de mantener la continuidad de suministro ante un hueco de tensión trifásico. En la figura 10 se muestra de forma esquemática el circuito eléctrico utilizado para simular el comportamiento dinámico de una turbina eólica de velocidad fija de 2 MW a la que se conecta en serie un DVR con una potencia aparente de 2 MVA. En la figura 11 se observa la influencia de la conexión del DVR en la tensión instantánea de una turbina de velocidad fija. La rápida acción del DVR no permite que la turbina detecte el hueco de tensión. Figura 12: Influencia del DVR en la potencia activa y reactiva de una turbina eólica de velocidad fija. Asimismo, en la figura 11 se aprecia que debido a la actuación del DVR la potencia activa y reactiva de la turbina se mantiene en valores anteriores a la aparición de la falta trifásica. Finalmente, en la tabla 3 se muestra el consumo de potencia activa y reactiva, energía activa y reactiva e intensidad reactiva de la turbina eólica + DVR en las diferentes zonas de caracterización del hueco de tensión. La turbina eólica de velocidad fija no cumple los criterios de consumo de potencia reactiva en la zona B.Tabla 3: Consumo de energía y potencia (activa y reactiva) de una turbina eólica + DVR ante un hueco de tensión trifásico. 10 Figura 10: Conexión en serie de un DVR a una turbina eólica de velocidad fija. Influencia del DVR en la respuesta transitoria de un parque eólico En este apartado se analizará la influencia de un DVR de 50 MVA, conectado en la subestación transformadora, en la respuesta transitoria y en la capacidad de mantener la continuidad de suministro de un parque eólico de velocidad fija. Figura 11: Influencia del DVR en la tensión de una turbina eólica de velocidad fija. En la figura 13 se observa la influencia de la conexión del DVR en la tensión de 30 kv del parque eólico así como el hueco de tensión aplicado en el punto de conexión. Asimismo, en la figura 14 se aprecia la respuesta de la potencia activa y reactiva del parque eólico debido a la actuación del DVR ante la aparición de una falta trifásica.

11 RÍOS, A., Influencia del DVR en la Respuesta Transitoria de un Parque Eólico ante Huecos de Tensión En la tabla 4 se presentan los resultados de consumo de potencia activa y reactiva, energía activa y reactiva e intensidad reactiva de un parque eólico + DVR en las diferentes zonas de caracterización del hueco de tensión. El parque eólico de velocidad fija no cumple los criterios de consumo de potencia reactiva en la zona B y zona C. Los resultados obtenidos permiten concluir que el DVR, con las características del modelo implementado en este trabajo, no permite al parque eólico mantener la continuidad de suministro ante un hueco de tensión trifásico. Sin embargo, es importante indicar que la implementación de una estrategia de control que inyectase una tensión en cuadratura con la corriente permitiría al DVR generar potencia reactiva y, por tanto, cumplir con los criterios técnicos de conexión red. Esta estrategia de control de reactiva implicaría un sobredimensionado del DVR. CONCLUSIONES Se ha demostrado que la conexión de los sistemas electrónicos de compensación mejora considerablemente la respuesta transitoria de los parques eólicos de velocidad fija así como su capacidad de mantener la continuidad de suministro ante huecos de tensión trifásicos. Figura 13: Influencia del DVR en la tensión de un parque eólico de velocidad fija. Los resultados obtenidos de la conexión del DVR demuestran que aunque se mejora la respuesta transitoria del parque eólico de velocidad fija, no se cumplen los actuales y rigurosos criterios establecidos para mantener la continuidad de suministro. Es necesario investigar otras topologías del DVR y su estrategia de control para evaluar su impacto en la respuesta transitoria del parque eólico ante huecos de tensión. REFERENCIAS [1] T. J. E. Miller, Reactive Power Control in Power Systems. John Wiley & Sons, New York, [2] L. A. Erinmez, Static Var Compensators. Report prepared by Working Group 38-01, Task Force Nº2 on SVC, CIGRE, Figura 14: Influencia del DVR en la potencia activa y reactiva de un parque eólico de velocidad fija. [3] S.Bernet, Recent Developments of High Power Converters for Industry and Traction Applications, IEEE Transaction on Power Electronics, vol. 15, No. 6, November [4] CIGRÉ Working Group 14.19, Static Synchronous Compensator (STATCOM), Technical Report, CIGRÉ [5] R. Mohan Mathur and R. K. Varma, Thyristor-Based FACTS Controllers for Electrical Transmision System, Springer, Berlin, [6] C. A. Cañizares, STATCOM Modelling for Voltage and Angle Stability Studies, Electrical Power & Energy Systems 25, Tabla 4: Consumo de energía y potencia (activa y reactiva) de un parque eólico + DVR ante un hueco de tensión trifásico. [7] W. Freitas, M. B. C. Salles, J. C. M. Vieira, A. Morelato, L. C. Pereira da Silva and V. F. Da Costa, Impacts on Dynamic Reactive Power Compensation on the Performance of Wind Power Generators, Internacional Journal of Energy

12 RÍOS, A., Influencia del DVR en la Respuesta Transitoria de un Parque Eólico ante Huecos de Tensión 12 Technology and Policy, Special Issue on Reactive Compensation for Wind Farms, [8] A. Ríos Villacorta, S. Arnaltes Gómez, J.L. Rodríguez Amenedo, Improving Voltage Stability in a Wind Farm using SVC, EWEC, London, United Kingdom November, [9] H. Gaztañaga, I. Etxebarria-Otadui, D. Ocnasu ans S. Bacha, Real-Time Analysis of Transient Response Improvement of Fixed-Speed Wind Farms by Using a Reduced-Scale STATCOM Prototype, IEEE Transactions on Power Systems, Vol 22, May [10] R. Grünbaum, T. Gustafsson and U. Olsson, SVC Light: Evaluation of First Installation at Hagfors, Sweden, CI- GRE Conference, Paris, France, [11] R. Grünbaum, P. Halvarsson, D. Larsson and P. Jones, Conditioning of Power Grids serving Offshore Wind Farms based on Asynchronous Generators, IEE PEMD 2004, 2nd International Conference on Power Electronics, Machines and Drives, Edinburgh, UK, [12] Z. Saad-Saoud, M. Lisboa, J. Ekanayake, N. Jenkins, G. Strbac, The application of STATCOMs to Wind Farms, IEE Proceedings Generation, Transmission and Distribution, Vol. 145, Nº 5, September [13] M. Aten, J. Martínez and P. J. Cartwrigth, Fault Recovery of a Wind Farm with Fixed-Speed Induction Generators using a STATCOM, Wind Engineering, Vol 29, Nº 4, [14] M. Noroozian and C. W. Taylor, Benefits of SVC and STATCOM for Electric Utility Application, Technical Report, October [15] E. Acha, C. R. Fuerte-Esquivel, H. Ambriz and C. Angeles, FACTS: Modelling and Simulation in Power Networks, John Wiley and Sons, England, [16] X. P. Zhang, C. Rehtanz and B. Pal, Flexible AC Transmission Systems: Modelling and Control, Springer, Berlin, [18] P. Boonchiam and N. Mithulananthan, Undestanding of Dynamic Voltage Restorers through MATLAB Simulation, Thammasat Int. J. Sc., Vol. 11, Nº 3, July-September [19] A. Ghosh and G. Ledwich, Power Quality Enhancement using Custom Power Devices, Kluwer Academic Publishers, [20] CIGRÉ Working Group 14.31, Custom Power: State of the Art, Technical Report, [21] O. Anaya-Lara and E. Acha, Modelling and Analysis of Custom Power Systems by PSCAD/EMTDC. IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 17, Nº 1, January [22] S. S. Choi, J. Li and D. M. Vilathgamuwa, A Generalized Voltage Compensation for Mitigating the Impacts of Voltage Sags/Swells, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 20, Nº 3, July [23] J. G. Nielsen and F. Blaabjerg, A Detailed Comparison of System Topologies for Dynamic Voltage Restorers, IEEE Transactions on Industry Application, Vol. 41, Nº 5, September/October [24] C. Fitzer, M. Barnes and P. Green, Voltage Sag Detection Technique for a Dynamic Voltage Restorer, IEEE Transactions on Industry Application, Vol. 40, Nº 1, January/ February [25] V. K. Ramachandaramurthy, A. Arulampalam, C. Fitzer, C. Zhan, M. Barnes and N. Jenkins, Supervisory Control of Dynamic Voltage Restorers, IEE Proceedings Generation, Transmission and Distribution, Vol. 151, Nº 4, July [26] J. G. Nielsen, M. Newman, H. Nielsen and F. Blaablerg, Control and Testing of Dynamic Voltage Restorer at Medium Voltage Level, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol 19, Nº 3, May [27] A. Sannino and J. Svensson, A Series-Connected Voltage Source Converter for Voltage Sag Mitigation using a Vector Control and Filter Compensation Algorithm, Industry Applications Conference [17] N. G. Hingorani, L. Gyugyi, Understanding FACTS: Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems, IEEE Press, New York, [28] N. H. Woodley, Field Experience with Dynamic Voltage Restorer Systems, IEEE Power Engineering Society Winter Meeting, 2000.

13 RÍOS, A., Influencia del DVR en la Respuesta Transitoria de un Parque Eólico ante Huecos de Tensión ACERCA DEL AUTOR Alberto Ríos Villacorta. Es ingeniero eléctrico en la especialidad de Sistemas y Redes Eléctricas por el Instituto Politécnico de Bielorrusia,1993. Máster en Energías Renovables por la Universidad Europea de Madrid, Doctor Ingeniero Industrial por la Universidad Carlos III de Madrid, Director técnico de Energy to Quality, Laboratorio de Ensayos de Turbinas Eólicas y Simulaciones de Parques Eólicos, entre 2005 y Director del Máster Oficial en Energías Renovables de la Universidad Europea de Madrid entre 2007 y Profesor Internacional de la Universidad ESAN en la Maestría en Gestión de la Energía y en el Diplomado de Gestión de la Energía y en el Diplomado de Energías Renovables desde el Sus áreas de interés son el modelado dinámico de sistemas de generación eléctrica y los estudios de integración de sistemas renovables. Original recibido: 13 Marzo 2012 Aceptado para publicación: 10 Junio

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15 Fotodegradación de Anaranjado de Metilo y Verde de Bromocresol con Radiación Ultravioleta Methyl Orange and Bromocresol Green Photodegradation With Ultraviolet Radiation Wendilay Matos, Tecsup / Hernán Zapata, Tecsup Resumen El presente trabajo se refiere a la investigación que simula un agua residual industrial, procedente de la industria textil o de cualquier otro tipo de industria, la cual fue tratada por fotodegradación. La fotocatálisis [1] con radiación ultravioleta se presenta como una alternativa sencilla y económica para el tratamiento de aguas residuales coloreadas. Para este estudio las muestras sintéticas fueron expuestas a radiación ultravioleta con un catalizador de dióxido de titanio, agua oxigenada como agente oxidante y diferentes valores de ph. El parámetro para realizar el seguimiento de la decoloración fue el grado de degradación de color evaluado por absorción ultravioleta. Los resultados de la decoloración de las aguas residuales sintéticas fueron de aproximadamente 1 h a las condiciones apropiadas de ph, catalizador y oxidante. Abstract This paper refers to research conducted simulating industrial wastewater, coming from the textile industry or any other industry, which was treated by photodegradation. Photocatalysis [1] with ultraviolet radiation appears as a simple and economical alternative for treating colored wastewater. For this study the synthetic samples were exposed to ultraviolet radiation with titanium dioxide catalyst, hydrogen peroxide as oxidizing agent and at different ph values. The parameter for monitoring the degree of discoloration was color degradation evaluated by ultraviolet absorption. Discoloration of the synthetic wastewater takes approximately 1 h under appropriate ph conditions and with a catalyst and an oxidant. Palabras clave Fotodegradación, fotocatálisis, aguas residuales coloreadas, anaranjado de metilo, verde de bromocresol. Key words Photodegradation, photocatalysis, colored wastewater, methyl orange, bromocresol green. Introducción Existe en la actualidad una gran cantidad de aguas residuales coloreadas orgánicas que no son tratadas y desechadas en ríos, lagos y mares, y que, además de ser tóxicas o no para la biota, disminuyen la eficiencia de la fotosíntesis en las aguas y, el porcentaje de oxígeno disuelto. Pero ahora existe una aplicación de la energía ultravioleta para la eliminación de estos contaminantes en aguas residuales con ayuda de un catalizador y oxidante adecuado. La generalidad del método ha sido probada en laboratorio para compuestos orgánicos coloreados. Este proyecto se realizó con una lámpara de luz ultravioleta, sin embargo, esta tecnología también podría ser desarrollada aplicando energía solar [2], a pesar de que solo el 5% de la luz del sol que llega a la troposfera contiene la energía necesaria para activar al dióxido de titanio. Este tratamiento es una tecnología limpia porque aprovecha la radiación ultravioleta (que puede provenir del Sol) y utiliza reactivos que no son contaminantes ni sus productos de reacción. Fundamentos 15 En nuestro proceso fotocatalítico la oxidación tiene lugar direc-

16 Matos, W., Zapata, H., Fotodegradación de Anaranjado de Metilo y Verde de Bromocresol con Radiación Ultravioleta tamente en la superficie de la película del semiconductor. La radiación ultravioleta es la única fuente de energía empleada y el peróxido de hidrógeno el único oxidante. PrOCESO Experimental Materiales: En general, el proceso fotocatalítico se inicia con la iluminación de un semiconductor, en nuestro caso el TiO 2, con luz UV con el fin de lograr la excitación del sólido. El semiconductor presenta una banda de valencia (BV) llena de electrones y una banda de conducción (BC) que contiene estados energéticos vacíos : Los equipos empleados fueron: XplorerGLX Espectofotometro Jenway Lámpara de radiación ultravioleta D i - c h a fotooxidación origina pares de electrón hueco, algunos de los cuales migran hacia la superficie del semiconductor. La interacción de estas especies con adsorbatos de la superficie del sólido conduce a la formación de radicales, capaces de atacar y oxidar compuestos orgánicos presentes en el agua. Algunos compuestos aceptores de este electrón fotoactivado son, por ejemplo, el oxígeno, el ion persulfato y el agua oxigenada [3] : Muestras: Se prepararon dos muestras sintéticas por separado: anaranjado de metilo con concentración de 100 ppm y verde de bromocresol también con una concentración de 100 ppm. Las modificaciones de ph se realizaron utilizando ácido sulfúrico e hidróxido de sodio. El agente oxidante fue agua oxigenada y el semiconductor fue dióxido de titanio. Procedimiento 16 O 2 + e -._ O 2 E = 155 mv 2-2-._ S 2 O 8 + v SO 4 + SO 4 E = 1100 mv._ 2- SO 4 + H 2 O SO 4 +.OH + H + H 2 O 2 + e -.OH + OH - E = 800 mv Como se puede apreciar, el oxígeno no tiene mucha eficiencia en la captura del electrón fotogenerado en la superficie del dióxido de titanio; el ion persulfato genera un radical con un potencial de reducción muy alto, pero este es tan oxidante que podría reaccionar con el agua, disminuyendo su eficiencia, además de producir iones sulfato que son contaminantes. Los problemas anteriores no los presenta el radical hidroxilo generado a partir del agua oxigenada; por ello, se ha elegido este compuesto para nuestro trabajo. Experimentalmente se ha comprobado que una gran variedad de compuestos pueden ser mineralizados a CO 2 y ácidos minerales por acción de una suspensión de TiO 2, iluminado con luz en el rango espectral UV. El radical formado, hidroxilo, es un radical muy enérgico y ataca una gran variedad de moléculas orgánicas. Primero se procedió a realizar un barrido de exploración para determinar la longitud de onda a la cual cada colorante da la máxima absorbancia. Los valores obtenidos fueron: - Para anaranjado de metilo: 515 nm a ph = nm a ph = Para verde de bromocresol: 445 nm a ph = nm a ph = nm a ph = 6 8 Una vez determinado estos valores, se evaluaron los siguientes parámetros, en orden: ph, concentración de peróxido de hidrógeno y concentración de dióxido de titanio para lo cual se midió la absorbancia en cada experimento a la longitud de onda ya determinada. Resultados: Con la absorbancias iniciales y finales se determinó el porcentaje de color remanente, con la siguiente fórmula:

17 Matos, W., Zapata, H., Fotodegradación de Anaranjado de Metilo y Verde de Bromocresol con Radiación Ultravioleta %CR= A f A i x100 Donde : A f : absorbancia final A i : absorbancia inicial Todas las muestras se evaluaron por triplicado y se obtuvo un promedio, el cual se muestra en las tablas 1 a 6. A continuación se muestran los resultados obtenidos para el anaranjado de metilo y para el verde de bromocresol: Tiempo min ph ph Tabla 1: Porcentaje de color remanente a diferentes valores de ph, para el anaranjado de metilo con ppm H 2 O 2 y 100 ppm TiO 2 Tiempo min H 2 O 2, ppm ph Tabla 2: Porcentaje de color remanente a diferentes concentraciones de peróxido de hidrógeno, para el anaranjado de metilo a ph = 2 y con 100 ppm TiO 2 Tiempo min ph ph Tabla 4: Porcentaje de color remanente a diferentes valores de ph, para el verde de bromocresol con ppm H 2 O 2 y 60 ppm TiO 2 Tiempo min TiO 2, ppm ph Tabla 5: Porcentaje de color remanente a diferentes concentraciones de peróxido de hidrógeno, para el verde de bromocresol a ph = 2 y con 60 ppm TiO 2 Tiempo min TiO 2, ppm ph Tabla 6: Porcentaje de color remanente a diferentes concentraciones de dióxido de titanio, para el verde de bromocresol a ph = 2 y con ppm H 2 O 2 17 Tiempo min TiO 2, ppm ph Tabla 3: Porcentaje de color remanente a diferentes concentraciones de dióxido de titanio, para el anaranjado de metilo a ph = 2 y con ppm H 2 O 2 Gráfico 1: Degradación del anaranjado de metilo, en función del ph.

18 Matos, W., Zapata, H., Fotodegradación de Anaranjado de Metilo y Verde de Bromocresol con Radiación Ultravioleta Gráfico 2: Degradación del anaranjado de metilo en función de la concentración del peróxido de hidrógeno. Gráfico 6: Degradación del verde de bromocresol en función de la concentración del dióxido de titanio Discusión de resultados A continuación se comentan los resultados obtenidos para los dos colorantes evaluados. a) Anaranjado de Metilo: 18 Gráfico 3: Degradación del anaranjado de metilo en función de la concentración del dióxido de titanio. En la Tabla 1 y Gráfico 1 se observa que a ph mayor e igual a 4 el proceso baja su eficiencia. Ello podría deberse a que a medida que se eleva el ph, el ion hidróxido descompone al peróxido de hidrógeno, y este podría elevar el potencial redox de la solución al hacer que el dióxido de titanio se convierta en TiO(H 2 O 2 ) 2+, el cual no tiene actividad foto catalítica. Ver Gráfico 7. Gráfico 4: Degradación del verde de bromocresol en función del ph. Gráfico 7: Diagrama de Pourbaix para el dióxido de titanio[4] Gráfico 5: Degradación del verde de bromocresol en función de la concentración del peróxido de hidrógeno. En la Tabla 2 y Gráfico 2 se observa que la concentración óptima se encuentra a ppm de peróxido de hidrógeno y a medida que esta concentración aumenta la eficiencia decae. Ello podría deberse a que al elevarse demasiado el potencial redox de la solución, el dióxido de titanio se está disolviendo. Ver Gráfico 7.

19 Matos, W., Zapata, H., Fotodegradación de Anaranjado de Metilo y Verde de Bromocresol con Radiación Ultravioleta En la Tabla 3 apreciamos que los mejores valores se encuentran a 80 ppm de dióxido de titanio, pero en el Gráfico 3 se observa que para 60 y 80 ppm de fotocatalizador la cinética de fotodegradación transcurre casi igual. b) Verde de Bromocresol: Referencias [1] Garcés, L. Fotocatálisis con TiO2 de los colorantes azul de metileno y naranja reactivo 84 utilizando colector solar. Medellín, 2003, 220p. Tesis (Magister en Ingeniería Ambiental). Universidad de Antioquia. Ingeniería Ambiental. En la Tabla 4 y Gráfico 4 se muestra que a ph mayor e igual a 4, el proceso de fotodegradación también baja su eficiencia y la razón es la misma que para el anaranjado de metilo, es decir el dióxido de titanio se disuelve. Ver Gráfico 7. En la Tabla 5, se aprecia que para 1200 ppm de peróxido de hidrógeno, la eficiencia es la más alta, pero en el Gráfico 5, además, observamos que la cinética de fotodegradación es casi la misma que para 1500 ppm del agente oxidante. En la Tabla 6 se nota que a mínimas concentraciones de dióxido de titanio la fotodegradación del colorante transcurre de manera rápida, pero en el Gráfico 6, además, se aprecia que para 10, 20 y 80 ppm de semiconductor la cinética es casi la misma. Conclusiones Para el anaranjado de metilo, las condiciones óptimas para la decoloración fueron ph igual a 2, 1500 ppm de peróxido de hidrógeno y 60 ppm de dióxido de titanio. El tiempo necesario para dicha decoloración fue de 120 minutos. Para el verde de bromocresol, las condiciones óptimas para la decoloración fueron ph igual a 2, 1200 ppm de peróxido de hidrógeno y 10 ppm de dióxido de titanio. El tiempo necesario para dicha decoloración fue 90 minutos. Se logró el objetivo del trabajo que era la decoloración de los colorantes evaluados utilizando peróxido de hidrógeno y luz ultravioleta. Recomendaciones [2] Blanco, J. y Malato, S, (1996). Tecnología de fotocatálisis solar: utilización de la radiación solar para el tratamiento de contaminantes industriales. España, Instituto de Estudios Almerienses. [3] Wardman P. Reduction potencials of one-electron couples involving free radicals in aqueous solution. J. phys. Chem. 1989; 18 : [4] Outokumpu. [programa de computadora]. HSC Chemistry 7.1; Acerca de los autores Wendilay Matos Romaní Practicante en la especialidad de Procesos Químicos y Metalúrgicos del Instituto Superior Tecnológico Tecsup de Lima (2012). Prácticas realizadas en el laboratorio de análisis instrumental de Tecsup, en la investigación de fotodegradación de bolsas de polietileno. Hernán Zapata Gamarra Ingeniero Químico de la Universidad Nacional de Trujillo, con estudios de maestría en la Pontificia Universidad Católica del Perú. Amplia experiencia en tratamiento y análisis de aguas residuales industriales, expositor de diversos eventos nacionales, miembro del Colegio de Ingenieros del Perú y de la Sociedad Química del Perú. Actualmente, es docente en el Departamento de Procesos Químicos y Metalúrgicos, Tecsup Lima, en las áreas de Química Analítica Ambiental e Ingeniería Ambiental. Original recibido: 20 Marzo 2012 Aceptado para publicación: 18 Junio Se aconseja que para un posterior trabajo de investigación de este tipo se incluya el estudio de espectros infrarrojos de las muestras para poder confirmar los productos obtenidos.

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