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Presentacion del curso de ingenieria electrica de la udea
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23/04/2015
1
La Ingeniería Eléctrica- orígenes y contexto -
Noé Alejandro Mesa Quintero
Oficina: 19-441 Departamento de Ingeniería Eléctrica
Universidad de Antioquia
Introducción a la Ingeniería Eléctrica
Definiciones de Ingeniería
“Aplicación de la Ciencia a las necesidades humanas”.Conde Rumford, 1793.
“Arte de dirigir las fuentes de energía de la naturaleza para uso y conveniencia humana”Thomas Tredgold, 1828.
• Actividad antigua con raíces prehistóricas, en la que se mezclan el Arte y la Ciencia, pero no sólo ciencia aplicada.
• Anterior a la ciencia moderna, ésta la impulsó cuando el razonamiento abstracto del filósofo o físico se puso en contacto con la destreza del artesano.
1786
•Incluye procesos de
tanteo y error, de experimentación y
acumulación de
conocimientos que permiten un manejo
sistemático y la aplicación de
técnicas para
transformar paisaje y sociedades.
• Camino Tairona
Academia de Ingenieros
Militares; primera
escuela de ingeniería de
Colombia.
Discurso inicial de Caldas.
Semejanza entre
“Celo y Honor” y
“Trabajo y Rectitud”.
(Pág. 82)• Francisco José de Caldas
“La Ingeniería no sólo es ciencia
aplicada, incluye ingenio,
experiencia y arte”
Álvaro Gaviria Ortiz
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Apartes de la Historia de la Electricidad
Evolución de la Ingeniería Eléctrica (1)
1820:Marie Ampere
descubrió un núcleo
de alambre actúa
como magneto
cuando transporta
corriente.
1827: George Ohm
descubrió la
relación entre
voltaje, corriente y
resistencia.
1820: Hans Oerstead
descubrió el efecto
magnético en la brújula
de aguja.
1827: Joseph
Henry descubrió la
inductancia.
1792: Alessandro
Volta inventó la
batería.
1600: William
Gilbert inventó la
brújula.
1732: Stephen
Gray descubrió la
conducción.
1752: Ben Franklin
probó que los rayos
eran electricidad
1736: James Watt
inventó la máquina
de vapor.
1745
Musschenbroek
inventó la jarra
Leyden (capacitor)
1785: Charles
Coulomb. descubrió la
relación entre fuerza y
carga
1831: Michael
Faraday
descubrió la ley
de Faraday e
inventó el
generador.
1873: James Maxwell escribió ecuaciones que
describen los campos electromagnéticos, y
predijo la existencia de las ondas
electromagnéticas.
1845: Gustav
Kirchoff
desarrolló leyes
más eficientes
para el cálculo
de circuitos más
complejos.
1855: Wilhem
Weber definió
unidades para la
corriente y la
resistencia.
1835: Johann
Gauss relacionó
el flujo magnético
y la carga
eléctrica.1879: Edison inventó la
lámpara incandescente y
en 1882 energizó Pearl
St (NY) con luz de un
generador DC.
1895: George
Westinghouse
construyó la planta
de generación de las
Cataratas del
Niágara y
comercializó la
generación,
transmisión y
transformación en
AC
1888: Nikolai
Tesla patentó el
motor AC
polifásico.
1888: H. Hertz
experimentalme
nte verificó las
ecuaciones de
Maxwell.
1886: William Stanley
inventó el transformador.
“Westinghouseado”
Evolución de la Ingeniería Eléctrica (2)La Guerra de las Corrientes• Transmitir energía eléctrica a grandes distancias requiere
reducir el efecto Joule (I2*R)
• A inicios del siglo XX se da la guerra comercial entre Westinhouse y Edison (G.E.). Westinhouse A.C. pudo ofrecer el transformador para elevar la tensión (V) y reducir la corriente (I) y por ende reducir I2*R.
Westinhouse Tesla Edison
Ganador de la “Guerra”
Señal generada
Departamento de Ingeniería EléctricaJustificado con el transformador
Transformador
20
Φ
Lo que se piensa que es un transformador >>>
Lo que realmente es >>>
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Apartes del desarrollo del sector eléctrico en Colombia
Caso Colombia – Desarrollo de los Sistemas Eléctricos en el País
1886 Alumbrado Público para Bogotá con Rafael Nieto. Bogotá Electric Light Company.
1890 Planta Chitotá en Santander. Primera planta hidroeléctrica del país.
1891-1916 Desarrollo de Varios proyectos de generación en diferentes municipios del país.
1918 Nace la Empresa de Energía Eléctrica de Medellín.
1938 Ley 126 “El suministro de energía eléctrica es un servicio público fundamental”.
1945 Autorización Nación para la construcción de pequeñas plantas:
Insula (1951, 18 MW)
Lebrija (1950, 18 MW)
Bajo Anchicayá (64 MW, 1955)
Interconexión Nacional
1967 Creación de ISA con los siguientes objetivos:• Interconexión de Sistemas aislados.
• Planeación conjunta del Sector.
• Centrales de servicio común.
• Planeación y ejecución de la operación a mínimo costo.
1977 Racionamiento de Energía (2.9%), por atrasos en Chivor y Guatapé II e intenso verano.
Crisis de Suministro1978 Plan de Emergencia1981 Racionamiento de Energía (4.9%)
1992-1993 Racionamiento de Energía (15.1%).
1992 Decreto 700 de Emergencia Económica.Comienzo de Inversión privada.
1994 Nueva Estructura del Sector Eléctrico.Ley de Servicios Públicos (Ley 142) y ley Eléctrica (Ley 143).
Conformación CREG.
Creación de la Unidad de Planeamiento Minero Energética UPME.
Crisis de Suministro
• 1995 Escisión de ISA•ISA: Transporte de Energía
Operación de mercados de Energía
•ISAGEN: Generación de energíaComercialización de energía
•Mercado de Energía Mayorista
•Nueva actividad: Comercialización de Energía
• 1997-1998: Fenómeno del Pacífico – Prueba de fuego al nuevo esquema
Ley 142-SPD
Ley 143-Eléctrica
Monopolio Estatal
8:14 AM 29
Evolución del sector eléctrico Colombiano
1967 1991 1992 1994 1997 1998 1999 2000 2003
Incremento en
Restricciones
Decisión CAN
536
El Niño 1997 - 1998
No racionamiento
Ataques contra
el SIN
Cargo por
Confiabilidad
Interconexión
Nacional
Reforma
Constitución
El Niño 1991-1992
Racionamiento
Creación y consolidación de CND, CREG, UPME, CNO y CAC
Competencia
Participación privadaComportamiento de la carteraBalance hidráulico - térmico
Disponibilidad de generaciónReserva de Potencia
Operaciones de cubrimientoPérdidas de energía
Cubrimiento del servicio
Evolución de las TarifasAtención de la DemandaSubsidios del Servicio
Clientes No Regulados
Subastas Energía Firme
2008 2009
El Niño
2009
2010
Fenómeno de
la NIÑA
DERIVEXCRCC
2006 20071995
Entrada Bolsa
de Energía
2011
Redes
Inteligentes
Mercado eléctrico
Desarrollo Institucional
Clientes Mercado
G G
G
G
G
G
G
G
Operador dela Transmisión
Operador
Independiente
del Sistema
Operador de la Transmisión
Operador de la Transmisión
Hoy
G G G
G
G
G
G G
Operación y Transmisión
de Potencia
Empresas Integradas Verticalmente
1900-199?
8:14 AM 30
Organización del Mercado
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Periodo Temas Dominantes Profesión Dominante
1890’s – 1900’s Técnico (DC vs AC) Ingenieros
1900’s – 1930’sTecnología AC
Economía
Ingenieros
(Entendimiento de la tecnología y relacionamientos con costos)
1930’s – 1960’s Interconexión de redes regionalesIngenieros (Entendimiento de beneficios económicos)
1960’s – 1980’sInterconexión de redes regionales, grandes generadores, líneas de transmisión
Ingenieros
1980’s – 1990’sEscasez de capital, gastos crecientes, el problema del petróleo, aspectos ambientales
Políticos, ingenieros, banqueros, ambientalistas
1990’s al presente
Reestructuración de la industria, fusiones empresariales, venta de activos, resultados financieros, aspectos ambientales
Abogados, economistas, banqueros, ambientalistas e INGENIEROS 8:14 AM 31
El Sistema Eléctrico
Como se produce la electricidad
Hidrogenerador Generador de Vapor Hidrogenerator
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Departamento de Ingeniería Eléctrica
La transmisión
consiste de 3
conductores que
transportan la
energía eléctrica
entre un punto y
otro.
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6
Las subestaciones: lugar donde las líneas de transmisión, transformadores, generadores, equipos de maniobra y protección están localizados
Subestaciones
230 kV, 800 MVA
Fuente: Tom Ernst, Minnesota Power
Cuesta 7 millones de
dolares y pesa 600 mil
Kilogramos.
Transformadores de potenciaCarga de un transformador
en una barcaza
¡ups!
Departamento de Ingeniería Eléctrica
53
Antioquia-San Carlos
Suroccidental
Oriental
Nordeste
Caribe 2
Cerro
Malas Prácticas
CORTOCIRCUITO
Unión de muy baja resistencia entre dos o más puntos de diferente potencial del mismo circuito
Definiciones Básicas
ARCO ELECTRICO (ARC FLASH)
Haz luminoso producido por el flujo de corriente eléctrica a través de un medio aislante, que produce radiación y gases calientes
Definiciones Básicas Definiciones Básicas
PELIGRO
Condición no controlada que tiene el potencial de causar lesiones a personas, daños a instalaciones o afectaciones al medio ambiente
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Definiciones Básicas
RIESGO
Condición ambiental o humana cuya presencia o modificación puede producir un accidente o una enfermedad profesional.
Tipos de contacto eléctrico
Contacto Indirecto
Se produce con masas puestas accidentalmente en tensión. Tan sólo una parte de la corriente de defecto circula por el cuerpo humano, el resto de la corriente circula por los contactos con tierra de las masas
Contacto Directo
Se produce con las partes activas de la instalación o equipos. Esto implica el paso de cantidades de corriente importantes, lo que agrava las consecuencias del choque
Factores para tener en cuenta en los accidentes eléctricos
• Intensidad de la corriente que pasa por el cuerpo
• Tiempo de exposición al riesgo
• Trayectoria de la corriente eléctrica por el cuerpo
• Naturaleza de la corriente (alterna o continua)
• Resistencia eléctrica del cuerpo
• Tensión aplicada.
• Edad
• Género
• Enfermedades
• Estado emocional
• Profesión habitual
• Experiencia
FACTORES
TÉCNICOS
FACTORES
HUMANOS
Peligrosa a partir de 0,01 Amperios y puede matar con 0,1 Amperios
Miliamperios Efectos de la Electricidad0-1 Umbral de la percepción
1--8 Sorpresa fuerte, sin perder control muscular
9--15 Reacción violenta , separándose del objeto
16-50 Paralización muscular , fuerte contracciones y dificultad para respirar
51-100 Puede causar fibrilación ventricular
1001-2000 Fatal, siempre con fibrilación ventricular
2001 o másFuertes contracciones que oprimen el corazón evitando la fibrilación.Quemaduras y bloqueo nervioso.
Todo material puede conducir
Conductores
• Materiales con baja resistividad al paso de la corriente.• Ej.:
• Cobre
• Aluminios
• Plata
• Oro
No Conductores
• Aislantes• Alta resistividad al paso de la corriente
• Ej.:• Plástico
• Vidrio
• Porcelana
• Aire
• Papel
No realice bromas con la electricidad
CONFIANZA EXCESIVA:
No se tiene respeto por la electricidad
PRECIPITUD:
No se toman las medidas de seguridad por el afán de terminar los trabajos
NEGLIGENCIA:
No se usan los implementos de seguridad
Factores humanos que ocasionan situaciones de riesgo
Factores humanos que ocasionan situaciones de riesgo
IGNORANCIA:
Desconocimiento de los riesgos
IMPRUDENCIA:
No se toman las medidas de precaución necesarias por creerse expertos en el tema
INDISCIPLINA:
No se aplican los procedimientos de seguridad