Sistema eléctrico de potencia
Un Sistema eléctrico de potencia es un Sistema de suministro eléctrico cuyos niveles de tensión son iguales o superiores a los 132 kV, (Este valor depende de cada país)
Estos sistemas eléctricos se los denomina también de alta tensión o extra alta tensión, o sistemas eléctricos de transmisión o Red eléctrica de transporte.
Estos sistemas, por la gran extensión geográfica que ocupan; por los niveles de tensión en que funcionan, y por la gran cantidad de energía eléctrica que transporta, requieren de la supervisión y del comando a distancia, lo cual se realiza en los Centros de Operación y Control a través de los Sistemas SCADA.
Debido a que el funcionamiento de los sistemas eléctricos de corriente alterna tiene un comportamiento dinámico, las condiciones de funcionamiento deben ser establecidas aplicando criterios de funcionamiento muy estrictos para evitar los problemas de estabilidad dinámica, que pueden llevar al sistema al estado de colapso. En estos estados de emergencia se producen apagones que dejan a gran cantidad de consumidores sin el suministro de energía eléctrica, necesaria para el normal funcionamiento de la vida moderna, y el sistema requiere la Restauración de cargas.
Otros estados de emergencia menos críticos pueden llevar al sistema al colapso de tensión. En este fenómeno partes del sistema eléctrico sufren caídas de tensión que afectan el funcionamiento de los artefactos eléctricos conectados a la red, lo que significa que la calidad del suministro eléctrico es deficiente.
Los ingenieros electricistas y electronicos son los profesionales encargados del funcionamiento de los Sistemas eléctricos de potencia, realizando tareas de planificación y operación, en los cuales no sólo se tienen en cuenta aspectos técnicos y funcionales, sino también aspectos económicos, tratando en todo momento de minimizar los costos de operación de estos sistemas, y logrando que el crecimiento de la demanda de energía sea satisfecha convenientemente.

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Vuelo Eléctrico • Re: COMO SELECCIONAR UN SISTEMA DE POTENCIA PARA TU AVION | RCVenezuela
COMO SELLECIONAR UN SISTEMA DE POTENCIA PARA TU AVION(Versión completa) Víctor ChangIntroducción.Al iniciarme en el vuelo eléctrico en el 2009 (había volado solamente planeadores sin motor) me encontré con que la información que consulte era confusa y dispersa, lo cual me llevo a cometer errores que me costaron en equipos, tiempo y frustración. Como Ingeniero Mecánico que soy, era inevitable que aplicara algo de ingeniería al Hobby para hacer más practica la selección de un sistema de potencia. Un sistema de potencia está conformado básicamente por; un motor eléctrico, una hélice acoplada a dicho motor, un controlador de velocidad (electronic speed controller o ESC) y una batería (o varias baterías). Este artículo tiene como objeto resumir todo lo que he aprendido y presentarlo de la manera más clara posible de manera que los amigos aeromodelistas puedan aplicarlo y ahorrarse muchos errores.Así que Ud. ha visto un modelo de avión que le gusta y quiere construirlo y por supuesto, hacerlo volar ¿Por dónde empiezo? Vamos a dividir el proceso en cuatro partes:1.¿Cómo escogemos el motor?2.¿Cómo escogemos la hélice?3.¿Cómo escogemos el controlador de velocidad o ESC4.¿Cómo escogemos la batería? (1) COMO SELECCIONAMOS EL MOTOR? Lo primero es identificar qué tipo de avión o que comportamiento de avión queremos. Yo parto de la relación empuje / peso necesaria (E/P) ( Thrust / weight ratio), la cual se resume en la tabla siguiente:TABLA 1.1: RELACION EMPUJE/PESO SEGÚN EL TIPO DE AVIONTipo de avión Relación Emp/PesoPlaneador /trainer 0, 35 a 0, 55Vuelo a escala 0, 60 a 0, 70Sport y acrobáticos lentos 0, 70 a 0, 80Acrobáticos rápidos 0, 80 a 1,00Jets y 3D 1,00 a 2,5 Pero el asunto es que el empuje no es un dato que siempre nos dan los constructores de motores y no se puede medir fácilmente. Así que me construí un pequeño banco de ensayos y ensaye el empuje para diversos motores, hélices y ducted fans (electric Ducted Fan o EDF). Encontré algo que nadie me había dicho: la relación entre el empuje (medido en gramos) y la potencia eléctrica aplicada al motor (medida en vatios o W) depende del Kv del motor (RPM / voltio). En general, el cociente o relación empuje / potencia ( expresada en gramos /vatio) disminuye con el diámetro de la hélice o con el inverso del Kv. La fig. 1.1 siguiente muestra lo que encontré: (ver abajo) FIGURA 1.1: RELACION EMPUJE / POTENCIA EN FUNCION DEL INVERSO DEL KvNOTA: ESTOS VALORES FUERON PARA FULL TRHOTTLE O 100 % MOTORO sea, que la relación empuje/potencia del motor, baja considerablemente a medida que el Kv aumenta (o el diámetro de la hélice disminuye), pero si queremos más velocidad, tenemos que ir a mayor Kv o revoluciones por voltio, como lo muestra la fig. 1.2Ahora bien, de acuerdo a la física elemental (usaremos el símbolo (*) como multiplicador)Potencia = fuerza * velocidad W = F * V Donde Potencia esta en W = vatios = 1 N*m /s = joule / segundo =1 J/sVelocidad esta en metros/segundo = m/sPero V = paso de la hélice * Kv * volt / 60 En unidades * volt * 1 min / 60 s = m/sEntonces, sustituyendo ec. 1.2 en ec. 1.1Potencia = empuje * Ctte * Kv *volt * paso Donde Ctte es una constante numerica. De aqui, la relacion empuje/potencia = Ctte / (Kv*Volt*paso) En numeros, podemos expresar la ecuacion 1.4 comoEmp /pot = 2,4 * 10.000 / (Kv*volt*paso) Donde Emp/pot en g/W, Kv en RPM/volt, paso en plgCon las medidas que hice, trace entonces la figura siguiente FIGURA 1.2, RELACION EMPUJE/POTENCIA COMO FUNCION DEL INVERSO DEL PRODUCTO Kv*volt*paso(ver abajo) Existe dispersión en los datos, (puede deberse a errores de medición, diferentes motores, diferentes hélices y rotores, etc.), pero la tendencia es clara. VELOCIDAD DEL AIRE IMPULSADO POR LA HELICELa velocidad con que la hélice empuja el aire la calcule por la siguiente fórmula:Velocidad (Km/hora) = paso hélice (plg) * 0,0254 (m/plg) * 1 Km/1000 m * Kv (RPM/volt) * volt (batería) * 60 (s/min) Velocidad (Km/h) = 1,52 * paso (plg) * Kv * Voltaje/1000 Donde V en Km/h, paso en plg, Kv en RPM/volt, voltaje en voltsFIG. 1.3 VELOCIDAD DE EMPUJE EN FUNCIÓN DEL KV, PARA VARIOS PASOS DE HÉLICE Y VOLTAJES (ver en otro comentario ya que el numero maximo de adjuntos es 3)EJEMPLOS Ejemplo 1: quiero un planeador de vuelo lento y pesara (estimo) 1000 g, ¿Qué potencia de motor necesito?. De la Tabla 1.1, veo que mi relación empuje/peso puede estar entre 0,35 a 0,45. Escojamos 0,5. Entonces: Empuje /peso = 0,5  Empuje = 0,5 x peso = 500 gComo quiero un avión lento puedo tomar un motor de 1000 Kv, el inverso 10.000/Kv x 1000 = 10 lo cual me da una relación de empuje (fig. 1.1) de 4,5 g/W. Entonces la potencia del motor tendrá que ser:Potencia motor = empuje (g) / relación de empuje (g/ W)Potencia del motor = 500 / 4,5 = 111 WAhora bien, recuérdese que la figura es para FULL THROTTLE o maximo motor, pero queremos volar comodos con, digamos, 50 % Throttle, entonces escogemos el doble de la potencia, o sea Potencia del motor = 2 * 111 W = 222 WComo Potencia (W) = voltaje (voltios) x Corriente (Amperes), y suponiendo que trabajare con baterías LiPo de tres celdas (11,1 V), entonces la corriente será:Corriente (A) = 222 W / 11,1 V = 20 A.Escojo entonces un motor con las siguientes características:1000 Kv, 222 W , 20 A para batería 3 celdas LiPo (11,1 V) La velocidad máxima con que volara mi avión dependerá de la resistencia aerodinámica del mismo, pero en todo caso estará por debajo siempre de lo calculado por la ecuación 1.5a. Suponiendo que el paso de la hélice escogida sea 5 plgVelocidad (Km/h) = 0,00152 x paso (plg) x Kv x Voltaje V (Km/h) = 0,00152 x 5 x 1000 x 11,8 = 89,6 Km/hEjemplo 2: Supongamos que ahora quiero comportamiento de un jet y mi avión estimo que pesara 1000 gDe la tabla 1.1 escojo una relación empuje / peso de 1,2 y escojo un motor de 2800 Kv para que sea rápido, entonces Empuje/peso = 1,2  empuje = 1,2 x peso = 1200 g10.000/kv= 3.57La relación emp/pot, según la fig. 1.1 es de de 1,6 g/W aprox.Potencia del motor = empuje/ (emp/pot) = 1200/1,6 Potencia del motor = 750 WSupongamos que escojo una batería de 4 celdas (14,8 V) entonces la corriente del motor será A = 750 W/14,8 V = 50,6 AEL motor que escoja deberá tener las siguientes características2800 Kv, 750 W (o un poco mayor), 50 A (o un poco mayor), para batería 4 celdas LiPo (14,8 V)Para este motor el fabricante recomienda Hélice de 6 x 4 plg, Así que la velocidad de empuje seráVelocidad (Km/h) = 0,00152 x paso (plg) x Kv x Voltaje ec 1.5aV (Km/h) = 0,00152 x 4 x 2800 x 14,8 = 252 Km/hVemos que en este caso la velocidad del avión tendrá que ser mayor que el caso anterior. Esta es la razón para escoger motores de más Kv. La velocidad con que finalmente volara el avión estará dada por el equilibrio de fuerzas entre la fuerza de empuje y la fuerza de roce, es decirFuerza de empuje = Fuerza de roce Esta última es función del coeficiente de roce general y de la velocidad al cuadrado del aviónFuerza de roce = Coef. Roce x Velocidad 2Sustituyendo Velocidad del avión = (Fuerza de empuje /CR) ½ Vemos que a medida que el coeficiente de roce aumenta, la velocidad del avión disminuye, de allí que al hacer el avión lo mas aerodinámico posible, aumentamos la velocidad a la cual vuela. (2) COMO SELECCIONAR LA HELICENormalmente el fabricante especifica las hélices que el motor puede manejar dentro de su rango de potencia, de manera que no se exceda el amperaje permitido.Así para el motor E-flite 480, de 1020 Kv, 22 A normal y 27 A en pico, el fabricante especifica una hélice de 10 x 7 (en plg.) ¿Que otras hélices puedo usar? Miramos el producto 10 x 7 = 70, entonces podemos usar otras hélices cercanas cuyo producto Diámetro x paso (DxP) sea cercano a 70, tales como 9 x 8 = 72 o 11 x 6 = 66. Ambas hélices no excederán la potencia del motor.Si usamos una hélice cuyo producto sea mucho mayor que 70, por ejemplo 12 x 7 = 84 corremos el riesgo de sobrepasar el amperaje permitido por el motor y quemarlo o el controlador de velocidad puede recalentarse y parar el sistema. Tenemos suerte si podemos aterrizar el avión. Si por el contrario escogemos una cuyo producto sea mucho menor que 70, como por ejemplo 6 x 4 = 24, el motor no dará el empuje suficiente aunque pongamos full throttle (máxima rpm).Ahora bien, ¿Qué pasa si no tenemos la recomendación del fabricante? Pues aquí tendríamos que recurrir a usar un amperímetro y probar las hélices de manera de no sobrepasar el amperaje máximo tolerado por el motor. ¿Y si no tenemos amperímetro a la mano? Ensayar de manera que el ESC no se recaliente con un minuto de operación a 80 o 90 % del throttle. Escoger una hélice de mayor diámetro y menos paso nos dará más empuje, pero menos velocidad. Lo contrario si escogemos una hélice de menor diámetro y paso mayor, tendremos menos empuje pero más velocidad. Recuérdese la ecuación 1.1Potencia = empuje * velocidad (3) COMO SELECCIONAR EL CONTROLADOR DE VELOCIDAD O ELECTRONIC SPEED CONTROLLER (ESC) Aquí nos referiremos a los controladores de motores sin escobillas (brushless), tanto inrunner como outrunner. Los datos básicos para escoger el Controlador de velocidad son el Amperaje del motor y el voltaje de la batería a usar. Siempre hay que escoger un controlador cuya capacidad en Amperios sea mayor en por lo menos 30 % al amperaje pico del motor. Por ejemplo, si el amperaje pico del motor es de 30 A, el Controlador debe tener al menos una capacidad de 40 A. Esto permitirá que el controlador trabaje a más baja temperatura, aunque por esto no hay descuidar la ventilación, la cual es esencial para la vida del ESC. El otro aspecto para escoger el ESC es que pueda manejar el voltaje que requiere el motor o la batería que usaremos: por ejemplo si el motor va a usar 14,8 V, el ESC debe poder aceptar este voltaje. Si solo acepta hasta 12 V, es seguro que lo quemaremos.Hay básicamente dos tipos de ESC, con BEC (battery eliminator circuit o circuito eliminador de la batería) y sin BEC. Si tiene BEC incorporado este alimenta el receptor y los servos. La corriente del BEC está indicada sobre el ESC y el consumo total de los componentes alimentados por el (especialmente los servos) no debe sobrepasar esta capacidad. Si la sobrepasa el ESC se recalentara y cortara la alimentación lo cual puede causar una falla en vuelo. En este caso hay que usar un BEC externo con la capacidad suficiente. En el caso de los aviones eléctricos, que usan servos pequeños o mini servos, el BEC interno puede manejar unos 4 o 5 servos. Si el ESC no tiene BEC entonces hay que usar uno adicional al ESC.(4) COMO SELECCIONAR LA BATERIA Los parámetros básicos de las baterías Lithium Polymer o LiPo son4.1 El número de celdas, lo cual determina el voltaje de la batería. Cada celda LiPo tiene un voltaje nominal de 3,7 Voltios (usaremos V como abreviación) El numero de celdas de la batería esta indicado como 2s, 3s, 4s, etc. 2 celdas: 7,4 V, 3 celdas: 11,1 V, 4 celdas: 14,8 V, 6 celdas: 22,2 V4.2 La capacidad de carga o almacenamiento, expresada en mAH (miliamperes hora). Este parámetro indica cuanta corriente en Amperios puede entregar la batería en una hora. Asi una batería de 2.200 mAH puede descargar 2,2 A en una hora.4.3 La capacidad de descarga o entrega de corriente, la cual se indica por la letra C y un número, por ejemplo 20 C. Esto significa que la batería puede entregar su capacidad en mAH multiplicada por este número. Supongamos una batería de 2.200 mAH y 20C, ella puede entregar 2,2 x 20 = 44 A4.5 El tiempo de vuelo: vendrá dado por la capacidad de carga de la batería en AH, dividida entre el consumo o amperaje del motor, o seaTiempo de vuelo (Horas)= AH / A del motor Como normalmente volamos algunos minutos, vamos a expresarlo en minutos para lo cual lo multiplicamos por 60 min/horaTiempo de vuelo (min) = AH x 60/ A del motorVamos a tomar el ejemplo 1 de motor escogido: 1000 Kv, 144 W (o un poco mayor), 13 A (o un poco mayor), para batería 3 celdas LiPo (11,1 V) La batería será de 3 celdas o 3s (11,1 V) y debe dar un corriente mayor a 13 A. Se recomienda que la batería a escoger de al menos el doble del consumo del motor para que funcione sin recalentarse. En este caso 13 A x 2 = 26 ASi la batería es de 2200 mAH, deberá tener un C de 2,2 x C = 26 A de donde C= 11,8. Una de 20 C nos ira muy bien.El tiempo de vuelo será Tiempo (min) = 2,2 x 60 /13 = 10,15 minEn Resumen, la batería a escoger será:Bateria 2200mAH, 20C, 3s (11,1 V)Por supuesto, un Batería de mayor C nos servirá, solo que es posible que sea un poco mas costosa.Espero que este artículo les sea de utilidad para evitar costoso errores y pérdida de tiempo, material y sobretodo, mantener el entusiasmo por este apasionante Hobby del aeromodelismo.Estadísticas: Publicado por VICTOR CHANG — Jue Ago 08, 2013 1:23 pm
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