Presidente: Enrique Ochoa Reza, Director General de la Comisión Federal de ElectricidadSecretario: Sergio Valdés Ramírez, Presidente de la Cámara Nacional de Manufacturas EléctricasProsecretario: Fernando A. Kohrs Aldape, Director de Planeación, Gestión de la Estrategia y Comercialización, Instituto de Investigaciones Eléctricas

Consejeros propietarios: • Francisco Leonardo Beltrán Rodríguez, Subsecretario de Planeación y Transición Energética, Secretaría de Energía • Luis Carlos Hernández Ayala, Director de Operación, Comisión Federal de Electricidad •  Guillermo Turrent Schnaas, Director de Modernización, Comisión Federal de Electricidad • José Luis Aburto Ávila, Subdirector de Programación, Comisión Federal de Electricidad • Noé Peña Silva, Subdirector de Transmisión, Comisión Federal de Electricidad • Alejandro Sibaja Ríos, Director General de Programación y Presupuesto “B” de la Secretaría de Hacienda y Crédito Público • José Narro Robles, Rector de la Universida Nacional Autónoma de México • Enrique Fernández Fassnacht, Director del Instituto Politécnico Nacional • Salvador Vega y León, Rector General de la Universidad Autónoma Metropolitana • Sergio Hernández Vázquez, Director Adjunto de Centros de Investigación, Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología • Hugo Gómez Sierra, Director de División Cables, Condumex • Carlos Rafael Murrieta Cummings, Director Corporativo de Operaciones, Pemex

Comisarios públicos: • Mario Alberto Cervantes García, Delegado y Comisario Público Propietario del Sector Energía de la Secretaría de la Función Pública • Federico Millán del Portillo, Subdelegado y Comisario Público Suplente del Sector Energía de la Secretaría de la Función Pública

Invitados: • Odón de Buen Rodríguez, Director General de la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía • Carlos Antonio Álvarez Balbas, Socio Director, Despacho Álvarez Balbas, S. C.

Boletín IIE es una publicación trimestral, de distribución gratuita y editada por el Departamento de Difusión del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). Los artículos firmados son responsabilidad de sus autores. El material de este boletín solo puede reproducirse parcial o totalmente, con la autorización escrita del IIE. ISSN0185-0059. Certificado de licitud de título 01777. Franqueo pagado, publicación periódica, permiso número 002 0583, características 319 321412, autorizado por Sepomex.

El tiraje de esta publicación es de 1,600 ejemplares.

Impreso en los talleres de Dicograf S.A. de C.V., Av. Poder Legislativo 304, col. Prados de Cuernavaca, C.P. 62239 Cuernavaca, Morelos, México.

• José Luis Fernández Zayas, Director Ejecutivo • Ángel Fierros Palacios, Director de Energías Alternas •  Salvador González Castro, Director de Tecnologías Habilitadoras • Rolando Nieva Gómez, Director de Sistemas Eléctricos • José M. González Santaló, Director de Sistemas Mecánicos • Fernando A. Kohrs Aldape, Director de Planeación, Gestión de la Estrategia y Comercialización • Alfredo Gómez Luna Maya, Director de Administración y Finanzas • Gladys Dávila Núñez, Jefa del Departamento de Difusión • Federico Estrada Arias, Coordinador Editorial • Arturo Fragoso Malacara, diseño gráfico • Verónica García Rodríguez, diagramación, formación y cuidado de la edición • Wendy Lugo Sandoval, publicación electrónica • Sergio Ortega López, fotografía • Ana María Sámano Ramírez, distribución

Presidente: Carlos Ortiz Gómez, Director General de Investigación, Desarrollo Tecnológico y Formación de Recursos Humanos, Secretaría de Energía

Secretario técnico: Fernando A. Kohrs Aldape, Instituto de Investigaciones Eléctricas

• Luis Carlos Hernández Ayala, Comisión Federal de Electricidad • Mario Alberto Cervantes García, Secretaría de la Función Pública • Federico Millán del Portillo, Secretaría de la Función Pública • Alejandro Sibaja Ríos, Secretaría de Hacienda y Crédito Público • José Narro Robles, Universidad Nacional Autónoma de México • Enrique Fernández Fassnacht, Instituto Politécnico Nacional • Salvador Vega y León, Universidad Autónoma Metropolitana •  Sergio Hernández Vázquez, Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología • Odón de Buen Rodríguez, Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía • Salvador Portillo Arellano, Prolec GE Internacional S. de R.L. de C.V. • Francisco Javier Varela Solis, Comisión Federal de Electricidad

Junta Directiva

Comité Técnico Operativo

Comité Editorial

133

Sumario

Sumario

134 Editorial

136 Divulgación Robótica aplicada al sector eléctrico / Applied robotics to the electric power sector Dulce María Heredia Guzmán, Alberto Reyes Ballesteros, Ángel Ernesto Gómez y Miguel Ángel Palacios Alonso

144 Tendencia tecnológica • Aplicación de robótica para inspección y evaluación de componentes en una central eléctrica / Robotics application for inspection and evaluation of components in a power plant Rodolfo Muñoz Quezada, José Antonio Carnero Parra y Raymundo Artis Espriú • Evaluación del desempeño de centrales turbogás durante la puesta en servicio / Performance evaluation of turbo gas power plants during commissioning Norberto Pérez Rodríguez, Erik Rosado Tamariz, Carlos Alberto Mariño López

154 Artículo técnico Condiciones necesarias para la eliminación de corridas de prueba durante el balanceo de rotores flexibles /

Requirements for the removal of trial runs during balancing of flexible rotors Eduardo Preciado Delgado

162 Comunidad IIE • Foro de Granjas Solares Urbanas México 2014 / Urban Solar Farms Forum Mexico 2014 • Energía sostenible para todos en América Latina y el Caribe / Sustainable Energy for All in Latin America and the Caribbean • IIE y CemiTT firman convenio de colaboración / IIE and CemiTT signed a cooperation agreement • Investigador del IIE publica libro sobre electrónica / IIE Researcher Publishes Book on electronic

164 Artículo de investigación Optimal robot navigation for inspection and surveillance in electric substations / Navegación óptima de un

robot para la inspección y la vigilancia en subestaciones eléctricas Alberto Reyes Ballesteros, Ángel Félix, César González y Eduardo Islas Pérez

171 Reseña Anual 2014

134

Boletín IIEoctubre-diciembre-2014

Editorial

Editorial

A partir de la aparición del llamado Homo sapiens u “hombre sabio”, el ser humano ha puesto a prueba su capacidad para inventar, aprender, utilizar es-tructuras lingüísticas complejas, lógicas y matemáticas, así como el desarrollo de la ciencia y la tecnología, con el fin de dominar el planeta tierra y hacer su vida más cómoda, más placentera y sobre todo más segura.

En el siglo pasado y en este nuevo siglo, los avances en ciencia y tecnología se han dado aceleradamente. Durante ambos periodos el hombre ha alcanzado a descubrir y desarrollar elementos relacionados con la genética, las nanopartí-culas, la inteligencia artificial y la robótica, aplicando esta última en diversos campos, principalmente la medicina y la milicia.

En el campo de las energías, el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) ha contribuido con una serie de herramientas robóticas, cuya aplicación en el ám-bito energético va desde la capacitación, hasta la inspección de maquinaria, equipo y ambientes que pudieran representar un riesgo para los trabajadores.

En éste, el último número de 2014 del Boletín IIE titulado Robots de inspec-ción aplicados en el sector eléctrico, leeremos el artículo de divulgación ti-tulado “Robótica aplicada al sector eléctrico”, en el que se describen algunas de las aplicaciones más significativas en dicho sector, las cuales combinan las lí-neas de investigación en robótica como la mecatrónica y la ingeniería eléctrica.

En esta ocasión, la sección de tendencia tecnológica presenta dos artículos: uno que nos habla de la aplicación de robótica para inspección y evaluación de componentes en una central eléctrica, donde se destaca que los robots rea-lizan trabajos como la inspección visual empleando cámaras de video en áreas restringidas para el ser humano, hasta trabajos de reparación, y el segundo que nos habla sobre la evaluación del desempeño de centrales turbogás durante la puesta en servicio.

El artículo técnico describe las condiciones necesarias para la eliminación de corridas de prueba durante el balanceo de rotores flexibles y comenta sobre las dificultades existentes para su incorporación a la práctica de balanceo en campo.

135

Editorial

Por su parte, el artículo de investigación, que fue presentado en el simposium internacional CIGRE 2012, realizado en París se titula: Optimal robot naviga-tion for inspection and surveillance in electric substations.

La carrera continúa, de eso no hay duda. El hombre continuará explorando y desarrollando tecnologías, sistemas y programas que le permitan seguir traba-jando eficaz y eficientemente, garantizando en todo momento la seguridad de los trabajadores, implementando para ello todos los recursos científicos, tecno-lógicos y humanos que tenga a la mano.

El IIE cuenta con todos y cada uno de estos recursos, privilegiando el talento de su personal de investigación el cual, gracias a sus conocimientos y experien-cia, aunados al uso de tecnología de vanguardia, puede crear las herramientas que les permitan a sus principales aliados: la Comisión Federal de Electricidad (CFE) y Petróleos Mexicanos (PEMEX), enfrentar los retos que la evolución y la carrera de la innovación trae consigo, para de esta forma buscar en todo momento el desarrollo armónico y sustentable del país.

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Boletín IIEoctubre-diciembre-2014

Divulgación

Robótica aplicada al sector eléctrico

Introducción

Actualmente, la robótica ha sido aplicada a diversas áreas como la automatización de procesos, apoyo a actividades complejas y algunas otras con objetivos muy específicos como la vigilancia, exploración, inspección y monitoreo. La investigación y desarro-llo en esta área es muy amplia, por lo que podría-mos dividirla en distintas categorías: robots huma-noides, robots móviles, algoritmos de navegación, construcción de mapas, entre otras.

En la figura 1 se muestran algunos trabajos reali-zados en la categoría de robots humanoides, ro-bots móviles y navegación. Como se puede obser-var, los desarrollos están enfocados a algoritmos que requieran mayor inteligencia, como aprender a caminar por medio de imitación (Estados Uni-

Dulce María Heredia Guzmán1, Alberto Reyes Ballesteros1, Ángel Ernesto Gómez Sánchez1 y Miguel Ángel Palacios Alonso2

Abstract

Inspection, surveillance and maintenance robots are complex systems that can be seen as an assembly of subsystems that cover aspects such as locomotion, control, intelligence, power and sensing. In the electric power industry there are tasks that due to their high complexity, risk level or monotony require of this type of devices. Additionally, in power plants installations there are toxic, non-safe, or difficult to access environments that might profit well the robot-based technologies. In this work, a survey of robots applications reported up to 2012 is presented, emphasizing the most popular research lines and the most significant works. Among the applications reported can be found: wind turbine inspection, construction of distribution lines, nuclear installations maintenance, maintenance and repair of underwater structures, inspection of electric power substations, inspection and maintenance of power transmission lines, installations surveillance, and other auxiliary systems based on robotics. Several works organized by country and research line are also cited.

Las aspas de una máqui-na eólica son indispensa-bles para la confiabilidad de la operación y la pro-ducción de electricidad, por lo que se deben ins-peccionar constante y periódicamente.

1 Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) 2 Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE)

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Divulgación

dos, 2010), planificación de trayectorias (Taiwán, 2010), o el uso de algoritmos para la evasión de obstáculos (Corea del Sur, 2008), etc.

Se considera que la navegación es la categoría don-de se ha incrementado la investigación, la cual pue-de ser aprovechada y explotada para diversas apli-caciones como la milicia, la exploración espacial y la vigilancia de instalaciones para la generación de energía. Una técnica asociada a la navegación es el reconocimiento de escenarios basado en aso-ciaciones que permiten la navegación por marcas (landmarks)(Estados Unidos, 2008).

Otras categorías relevantes en investigación en la robótica incluyen el desarrollo de algoritmos de lo-calización y mapeo (figura 2). Algunas técnicas re-lacionadas son: el reconocimiento de ademanes, y la construcción de mapas y localización simultánea (SLAM). En 2010, China desarrolló experimentos de robolocalización y mapeo, y ha tratado de re-solver problemas de mayor complejidad, como la coordinación entre el ojo y la mano, usando reco-nocimiento de ademanes.

En este documento se describen algunas de las aplicaciones de la robótica más significativas en el sector eléctrico que combinan las líneas de inves-tigación en robótica mencionadas, la mecatrónica, y la ingeniería eléctrica. Entre éstas destacan: la inspección en turbinas eólicas, la construcción de líneas de distribución, el mantenimiento de insta-laciones nucleares; la inspección, mantenimiento y reparación de estructuras submarinas; la inspección de subestaciones eléctricas, la inspección y mante-nimiento de líneas transmisión, y otros sistemas au-xiliares basados en robótica. Para facilitar su lectura se presenta una descripción de aplicaciones clasifi-cada por sistemas para generación eléctrica, redes eléctricas, vigilancia de grandes áreas y sistemas auxiliares.

Aplicaciones en el sector eléctrico

Generación eléctrica

Las aspas de una máquina eólica son indispensables para la confiabilidad de la operación y la produc-ción de electricidad, por lo que se deben inspeccio-

nar constante y periódicamente de una amplia gama de daños y defectos de fabricación. Principalmente, la inspección debe permitir la detección de daños causados por delaminación, defectos de unión, descargas atmosféricas, inclu-siones de aire y grietas. En este sentido, Elkmann et. Al, de Fraunhofer IFF (Norbert et al., 2010) desarrollaron un sistema de robot que inspecciona auto-máticamente las aspas.

La disponibilidad de equipo y dispositivos fiables, así como la manipulación a distancia en instalaciones nucleares, garantiza una mayor productividad y una gran seguridad, así como una mejor asistencia en el modo autónomo. D. D. Ray y otros investigadores del Centro de Investigación Atómica de Bha-bha (BARC) en Mumbai (Ray, 2010), desarrollaron un robot de dos brazos (el principal y el esclavo) que permite la manipulación de objetos a distancia (tele-presencia) en instalaciones nucleares. El brazo esclavo fue diseñado para repetir los movimientos que el brazo principal realiza desde un lugar seguro. Así, el

Figura 1. Desarrollos en la categoría de robots humanoides, navegación y móviles.

Figura 2. Desarrollos en la categoría de algoritmos de control y mapeo.

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Boletín IIEoctubre-diciembre-2014

Divulgación

brazo principal es operado por una persona desde un lugar seguro y el esclavo realiza la manipulación de objetos en entornos peligrosos (robot interactivo).

Hydro-Québec opera 58 centrales hidroeléctricas y cuenta con más de 500 presas y estructuras de control, por lo tanto, se debe garantizar el funciona-miento adecuado y la seguridad de las plantas. Es por ello que desarrolló Maski (Croteau, 2010), un robot submarino que realiza diagnóstico de estructuras submarinas y operaciones submarinas tales como la reconstrucción de superfi-cies en 3D. Sus movimientos son realizados en forma automatizada y su ope-ración puede ser de forma manual, o a través de un asistente de navegación virtual, esto es posible gracias a un sistema de posicionamiento integrado por varios sensores para producir una estimación óptima de la posición del robot.

Redes eléctricas

J.F. Allan de Hydro-Québec (Allan et al., 2010) reportan un robot prototipo para la construcción de sus líneas de distribución aéreas. Los principales sub-sistemas del robot son: sistema de escalada (para trepar postes), sistema de ma-nipulación de crucetas (selecciona las crucetas y las herramientas para la perfo-ración de barrenos y la inserción de tornillos), y el sistema de sujeción (para la fijación de crucetas y apoyos en postes). Las pruebas han demostrado la eficacia de esta tarea en forma robotizada.

La inspección de subestaciones se ha beneficiado con la evolución de la robó-tica móvil. Desde 2002, más de 10 subestaciones cuentan con robots de ins-pección desarrollados en el Instituto de Energía Eléctrica de Shandong, Chi-na (Hongwei et al., 2010). Estos robots se mueven dentro de la subestación y transmiten imágenes desde la posición de los posibles puntos críticos. Asimis-mo, llevan cámaras de luz visible y termógrafos infrarrojos que se utilizan para detectar invasores y fallas en equipo en tiempo real.

La inspección y mantenimiento de líneas de transmisión mediante robots móvi-les es una tarea compleja que requiere de capacidades de navegación en línea viva, un sistema de suministro de potencia robusto, magníficas comunicaciones, y un buen sistema de detección de obstáculos y cruce autónomo (Toussaint, 2009).

La figura 3 muestra los diferentes niveles de avance tecnológico para utilizar robots de líneas de transmisión. Los cuadros sombreados muestran las áreas donde más resultados se han obtenido, y los más claros, en donde hay mayor oportunidad de desarrollo.

Uno de los mayores retos en esta aplicación es el cruce de obstáculos de un robot de forma autónoma, sin embargo, existen sistemas completos que ya se encuentran disponibles. Por ejemplo, la Chinese Academy of Science (CAS) (Fang y Wang,  2010) desarrolló una tecnología para cruce de obstáculos con dos métodos distintos: el uso de dos sensores láser en cada pinza y el uso de señales de video desde una microcámara colocada en cada pinza. Por su parte, el Instituto de Investigaciones de Hydro Québec (IREQ) (Janos, 2010) desa-rrolló la tecnología LineScout, en la cual fue necesario equipar al robot con una variedad de sensores, dispositivos de inspección visual y herramientas de mantenimiento. Se considera que a la fecha es de los mejores robots en su tipo que ha sido utilizado exitosamente en campo.

En la tabla 1 se presentan algunas aplicaciones que podrían beneficiar al sector eléctrico. Algunas tareas de mantenimiento identificadas incluyen medición, reemplazo y limpieza de componentes.

La figura 4 muestra la relación ideal que debería existir entre los desarrolladores de robots de líneas de transmisión.

La tabla 2 muestra un resumen de las áreas de apli-cación relacionadas con el sector eléctrico, donde se incluye una breve descripción y el nombre del robot desarrollado.

Vigilancia de grandes áreas

Una de las aplicaciones más espectaculares de la robótica en el sector energético es probablemen-te la vigilancia de grandes áreas para salvaguardar la integridad de instalaciones, líneas de distribu-ción-transmisión, almacenes, plantas de produc-ción, etc. El problema de vigilancia consiste en velar un área determinada para detectar compor-tamientos anómalos o peligrosos que pongan en riesgo el funcionamiento del entorno. Si a esta pro-

Figura 3. Campos de investigación requerida pa-ra lograr las aplicaciones de robots en líneas de transmisión.

139

Divulgación

Tabla 1. Aplicaciones potenciales en robots de líneas de transmisión.

Aplicaciones potenciales

Inspección y sensores

• Información visual• Sensores especializados• Cámaras infrarrojas y detección de efecto

corona• Ruido audible• Inspección visual especializada

Mantenimiento

• Reparación de abrazaderas e instalaciones de parches en varillas

• Reemplazo e instalación de componentes • Componentes de limpieza: los contaminantes

pueden ser encontrados en áreas específicas de los conductores

• Reemplazo de inductores• Pintura de la estructura de soporte

Figura 4. Contexto del desarrollo de robots en líneas de transmisión.

blemática se agrega que el entorno a vigilar es un área extensa de terreno, el problema se torna aún más complejo, donde las soluciones convenciona-les para el problema de vigilancia (simple) no son suficientes. Por ejemplo, se puede requerir mejores características de los sensores a utilizar, el área a ve-lar al ser más extensa puede generar mayor cantidad de ruido e imprevistos y por lo tanto se requieren técnicas para el manejo de información con incer-tidumbre. La obtención y análisis de datos por mo-nitorear áreas de este tipo también se pueden volver retos a enfrentar.

Las aplicaciones de los sistemas robóticos autóno-mos aéreos, terrestres y marítimos para vigilancia de grandes áreas tuvieron su primer uso práctico en las tareas militares. En la actualidad, su aplicación se ha diversificado a tareas más del ámbito civil y comercial. Desde aplicaciones de desplazamiento de líquidos peligrosos, hasta aplicaciones tales co-mo detección de minerales, bancos de peces, moni-toreo de incendios, huracanes, actividad volcánica, tsunamis, vigilancia de carreteras, redes eléctricas, plataformas y redes de ductos petroleros, entre otros.

Dentro de la gama de posibles aplicaciones, se ha prestado especial interés a la creación de DRO-NES, vehículos aéreos no tripulados (UAV por sus siglas en inglés) para tareas principalmente de segu-ridad y militares. Diversas acciones de investigación y desarrollo se están llevando a cabo por diferentes gobiernos, universidades, centros de investigación y compañías. Algunos de los principales programas de I+D a nivel mundial son:

Joint Unmanned Combat Air Systems Program (J-UCAS) de DARPA, USAF y de la United Sta-tes Navy, para el desarrollo de drones de combate. DARPA y NASA realizan actividades de I+D con un drone que soporte diferentes fases de vuelo me-diante una aerodinámica mejorada a través de una súper estructura autoadaptable, a través de un sis-tema con Morphing Adaptable Structure (MAS). El objetivo de este programa era demostrar la viabili-dad técnica, utilidad militar y el valor operacional de un sistema en red de alto rendimiento y de vehí-culos aéreos no tripulados armados, utilizados pa-ra perseguir eficaz y económicamente misiones de combate. La figura 5 muestra el Boeing X-45, un vehículo de combate aéreo no tripulado desarrolla-do en este programa.

La NASA es una de las principales compañías que aportan y fomentan el desa-rrollo del estado del arte de las tecnologías de drones, como el proyecto Coope-rative Tracking of Moving Targets by Teams of Autonomous Unmanned Air Vehi-cles, entre MLB Company y NASA/NOAA (Morris y Frew, 2005).

El programa de I2C (Morel y Broussolle, 2010) es un proyecto de la Unión Europea que tiene por objetivo monitorear, identificar y dar seguimiento a em-barcaciones cooperativas. El sistema necesita las siguientes capacidades específi-cas: i) detección de embarcaciones, ii) elaboración de mapas sobre su situación actual, iii) detección e identificación de comportamientos extraños, iv) noti-ficación periódica a las autoridades, y v) comunicación efectiva y segura con cuarto de control.

WiMAAS tiene como objetivo vigilar el flujo de personas y bienes dentro del contexto de frontera integrada. También tiene por objeto ayudar en tareas de identificación de riesgo, búsqueda y rescate, monitoreo de regiones peligrosas y

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Boletín IIEoctubre-diciembre-2014

Divulgación

Área de aplicación Descripción Aplicación

Inspección en turbinas eólicas

Ayudas en el montaje, renovación, y reparación de turbinas y tuberías.

Robots Scompi.

Mecanismo de dos grados de libertad que ayuda a una turbina de viento a controlar su tono de velocidad en la presencia de una varia-ble aleatoria de velocidad angular.

Mecanismo: muñeca para la generación de pitch-roll. Algo-ritmo de control basado en un controlador PID.

El robot inspecciona automáticamente las aspas del rotor. La ins-pección debe detectar principalmente los daños causados por dela-minación, defectos de unión, caída de rayos, inclusiones de aire y grietas.

Robot para inspección de las as-pas del rotor.

Construcción de líneas de distribución

El robot está hecho para ascender y descender un poste de teleope-ración, y la instalación de un pre ensamblado de cruceta (con llave, pernos, aisladores y abrazaderas) en la parte superior de un poste de forma automática.

Robot prototipo para la cons-trucción de líneas de distribu-ción aérea.

Mantenimiento en instalaciones nucleares

Manejo remoto de las instalaciones nucleares. Telerrobot(en desarrollo).Robot para la limpieza de las instalaciones nucleares. Robot en prototipo.

Inspección, mantenimiento y reparación de estructuras bajo el agua

Robots submarinos que contribuyen en la inspección, manteni-miento y reparación de estructuras submarinas relacionada con la industria del petróleo.

Proyectos: Sombras del agua ROV y aguas profundas ROV (México).

Hydro-Québec ha desarrollado un nuevo sistema robótico de esca-neo láser para la inspección de grandes estructuras hidroeléctricas que se encuentran bajo el agua.

Sistema de escaneo láser.

Inspección de plantas de energía

Robot con ruedas magnéticas diseñado para la inspección de es-tructuras ferromagnéticas en plantas de energía, sobre todo cajas de vapor.

Robot Magne Bike.

Los robots detectan invasores y fallas de equipos. Se mueven dentro de la subestación y recogen la posición por medio de imágenes de los posibles puntos críticos.

Robot móvil para la inspección de la subestación.

Robot de inspección para tubos ferromagnéticos. Tren en miniatura.

Inspección de líneas de transmisión

Robot móvil que tiene la capacidad de atravesar varios obstáculos que se encuentran en líneas de transmisión en vivo.

Robot LineScout.Robot Expliner.Robot prototipo Riol.Robot Brachiating.

Sistema que permite a un robot hidráulico trabajar con un dispo-sitivo háptico para llevar a cabo tareas de mantenimiento en línea viva (teleoperación a nivel del suelo).

Sistema hapto-robot.

Robots trepadores que ayudan a reparar, mantener las líneas de transmisión eléctrica, líneas telefónicas, y las lámparas.

UT Pole Climbing Robots.

Helicópteros no tripulados con un sistema de inspección para líneas transmisión.

Robot SmartCopter.

Método para detectar automáticamente fallas en líneas de transmi-sión mediante el uso de imágenes termográficas. Dado que el méto-do se podría incrustar en un robot.

Método de inspección con infrarrojos.

Robot móvil para eliminar el hielo de las líneas de transmisión. Robot LineROVer.Fuente: Elaboración propia a partir de las presentaciones del 1er. congreso de robótica aplicada a la energía.

Tabla 2. Aplicaciones de la robótica al sector energético.

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Divulgación

protección del ambiente marino. WiMMAS fue un proyecto de investigación de la Unión Europea que inició en noviembre de 2008, con un monto de in-versión de 2.73M€ (Tares et al., 2009).

AMASS (Autonomous Maritime Surveillance System) (Carl, 2012) es una red de plataformas no tripuladas, las cuales contienen sensores que actúan de forma autónoma. Los datos capturados son transmitidos a un comando central donde un operador puede ver la información. El proyecto terminó en agosto de 2011 y se centraba en mejorar tanto la vigilancia marítima como la integración de información entre distintas agencias. Entre los participantes del proyecto se en-contraban las Armed Forces of Malta, Crabbe Con-sulting Ltd, Fraunhofer-InstitutfürInformations- und Bildverarbeitung IITB, Fugro OCEANOR, HSF spol.s r.o., Instituto Canario de Ciencias Marinas, IQ Wireless, OBR Centrum, TechnikiMorskiej, y la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria.

La British Columbia Transmission Corporation (BCTC) opera líneas de transmisión de alta tensión sobre un terreno montañoso y ubicaciones remotas, usando helicópteros para mantener el sistema. Para esta tarea, los helicópteros llegan a quemar hasta 250 litros de combustible por hora. Lo anterior es peli-groso, caro y las emisiones de gases contaminantes tienen un impacto negativo en el medio ambiente. Los Sistemas Aéreos No Tripulados (UAS por sus si-glas en inglés), que ya son un activo probado para las operaciones militares a nivel mundial, se pueden desplazar con algunas modificaciones, a lo largo de líneas de transmisión eléctrica como plataformas pa-ra varios sensores y sistemas de cámaras multiespec-trales. BC Hydro ha estudiado algunas aplicaciones posibles de UAS en BCTC, para realizar inspeccio-nes de rutina (Janos y Gilpin-Jackson, 2010).

Sistemas auxiliares

Existen otros desarrollos enfocados a subsistemas específicos que no se conside-ran sistemas robóticos completos, tales como: i) la locomoción y cruce de obs-táculos en líneas de transmisión como la presentada en Expliner, desarrollada por Kansas Electric Power Corporation (KEPCO) y Hibot Coorporation (De-benest y Guarnieri, 2010), ii) la simulación y modelado por computadora para la optimización del diseño mecánico y electrónico (García et al., 2010), iii) el desarrollo de nuevas estrategias de control para robots que realizan tareas de navegación, manipulación e inspección de sistemas eléctricos y líneas de trans-misión de forma autónoma (Menezes de Oliveira y Fetter, 2010; Zarei-nia et al., 2010) , o iv) la detección, clasificación e identificación de obstáculos como los utilizados en Line Crawling Robot –LCR (Wang et al., 2010) para mejorar su grado de autonomía, los sistemas de recolección de energía (energy harves-ting) considerado como una solución prometedora para el autoabastecimiento de potencia (Caxias et al, 2010).

Conclusiones

En este trabajo se presentó un recuento de aplicaciones de robots en el sector eléctrico reportadas en la literatura hasta 2012, enfatizando las líneas de inves-tigación más populares y algunos trabajos importantes. Existen aspectos que podrían abordarse de forma más detallada, como las plataformas comerciales disponibles, técnicas multidisciplinarias más utilizadas, software y hardware de integración, y que por el momento quedan fuera del alcance de esta reseña.

Como ha quedado de manifiesto, las aplicaciones del sector eléctrico aquí pre-sentadas pueden beneficiarse de esta tecnología, sin embargo, en la realidad existen muchas más aplicaciones con tareas complejas, monótonas o peligrosas, así como con ambientes tóxicos, inseguros o de difícil acceso, donde la robóti-ca tiene mucho que aportar.

Figura 5. Boeing X-45, vehículo de combate aéreo no tripulado.

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Boletín IIEoctubre-diciembre-2014

Divulgación

Debido a la variedad de técnicas utilizadas en robótica y la naturaleza de apli-caciones en el sector eléctrico, existen múltiples disciplinas y áreas del conoci-miento que pueden contribuir al desarrollo de esta disciplina en pleno auge.

Referencias

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Zeis C. (2012). Autonomous Maritime Surveillance System. http://www.amass-project.eu, 2012.

143

Divulgación

ALBERTO REYES BALLESTEROS [areyes@iie.org.mx]

Doctor en Ciencias de la Computación por el ITESM Cuernavaca. Maestro en Inteligencia Arti-ficial por el LANIA y la Universidad Veracruzana. Ingeniero Mecánico Electricista por la Univer-sidad Veracruzana. Ingresó al Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) en 1990 a la División de Estudios de Ingeniería. En 2009 realizó una estancia posdoctoral en el Instituto Superior Técnico de la Universidad Técnica de Lisboa en Portugal. Su área de especialidad se relaciona con el desa-rrollo de sistemas inteligentes para el sector de energía. Su actividad principal se enfoca a procesos de generación de electricidad con fuentes renovables y convencionales de energía, y robótica para el sector eléctrico. Ha desarrollado tecnologías para la predicción de la generación y el apoyo a la toma de decisiones de operación para su aplicación en el sector eléctrico. Actualmente trabaja en predicción de la generación eólica y optimización de la compra-venta de energía mediante técnicas de inteligencia artificial. Es autor de varios artículos nacionales e internacionales, capítulos de li-bro, así como de registros de derechos de autor otorgados. Ha recibido diversas distinciones nacio-nales e internacionales y se ha desempeñado como docente en diversas universidades a nivel local y nacional. Ha dirigido tesis a nivel profesional y posgrado en diversas universidades mexicanas y extranjeras. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), nivel 1, y de la Sociedad Mexicana de Inteligencia Artificial (SMIA).

ÁNGEL ERNESTO GÓMEZ SÁNCHEZ [angel.gomez@iie.org.mx]

Maestro en Ciencias de Ingeniería Mecatrónica por el Centro Nacional de Investigación y Desa-rrollo Tecnológico (CENIDET). Ingresó al Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) en 2012 a la División de Tecnologías Habilitadoras. Su área de especialidad se relaciona con el desarrollo sistemas de visión artificial para el control de posición de robots móviles. Actualmente trabaja en el diseño y desarrollo de sistemas embebidos y sistemas electrónicos de potencia (2MW). Ha desa-rrollado y aplicado tecnologías para la fabricación de convertidores de potencia tipo buck y back-to-back para aplicaciones en energías renovables. Es autor de varios artículos nacionales, así como de patentes en trámite.

MIGUEL ÁNGEL PALACIOS ALONSO[mpalacio@inaoep.mx]

Maestro en Ciencias de la Computación por el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE). Licenciado en Ciencias de la Computación por la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP). Ha participado en distintos proyectos nacionales e internacionales desde el 2008 a la fecha. Su área de especialidad se relaciona con el desarrollo e implementación de algoritmos y sistemas utilizando modelos gráficos probabilistas para distintas aplicaciones. Ha pertenecido al laboratorio de Visión en el Instituto Nacional de Astrofísica, Óp-tica y Electrónica (INAOE) en México y al Centro de Investigación sobre Sistemas Inteligentes de Ayuda a la Decisión en la Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED) en España, donde formó parte del equipo de desarrolló del sistema OPENMARKOV. Actualmente es parte del Laboratorio de Robótica en el INAOE, es líder del equipo de robótica de servicio Markovito y realiza investigación sobre predicción de la velocidad y dirección del viento utilizando Redes Baye-sianas Dinámicas para aplicaciones en la generación eólica de energía.

DULCE MARÍA HEREDIA GUZMÁN[dmhg@iie.org.mx]

Maestra en Administración de Tecnologías de Información con especialidad en Minería de Datos por el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM). Licenciada en Informática por el Instituto Tecnológico de Zacatepec (ITZ). Diplomado en Desarrollo de Habilidades Gerenciales por el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM). Ha participado como profesor de asignatura en di-versas universidades, actualmente en la Universidad Politécnica del Estado de Morelos (UPEMOR). Es coautora del artículo Mining Road Accidents. Ingresó al Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) en 2001 a la División de Planeación, Gestión de la Estrategia y Comercialización. Coordinó y participó en la implantación del Sistema de Información Institucional (SII) del IIE. Desde 2009 se integró a la Gerencia de Planeación, Gestión Estratégica y Tecnológica, donde su principal función es la coor-dinación y elaboración de informes de inteligencia tecnológica para la toma de decisiones. Cuenta con diversas certificaciones, entre ellas la de Profesional Certificado en Administración de Proyectos (PMP®), avalado por el PMI®.

De izquierda a derecha: Ángel Ernesto Gómez Sánchez, Dulce María Heredia Guzmán y Alberto Reyes Ballesteros.

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Tendencia tecnológica

Aplicación de robótica para inspección y evaluación de componentes en una central eléctrica

Rodolfo Muñoz Quezada, José Antonio Carnero Parra y Raymundo Artis Espriú

Abstract

In the last three decades with the research and development, mainly manufacturers, universities and institutes around the world, have developed and improved a number of tools and equipment that together has enabled the automation of various tasks in industry and also on the electricity sector in which robots are expected to make a major contribution to the work of production, inspection and maintenance. With all these works around the world will see robots entering new markets or consolidating its application in industries such as agriculture or in the medical field and in the same electricity sector where they conducted the inspection in new components also driven by the same evolution of nondestructive inspection techniques, which enable them to further expand its scope.

A fin de garantizar la ope-ración segura de los equi-pos, la Comisión Federal de Electricidad continúa impulsando el desarrollo de soluciones robóticas.

Introducción

En las ultimas tres décadas, con los trabajos de investigación y desarrollo, principalmente de fa-bricantes, universidades e institutos en todo el mundo, se han desarrollado y mejorado una serie de herramientas y equipos que en conjunto han permitido la automatización de diversas tareas en la industria y también en el sector eléctrico, en el que se espera que los robots realicen una contribución importante en los trabajos de producción, inspec-ción y mantenimiento.

Con todos estos trabajos alrededor del mundo ve-remos a los robots incursionando en nuevos mer-cados, o consolidando su aplicación en industrias como la agrícola o en el campo médico, y en el mismo sector eléctrico en donde realizarán la ins-pección en nuevos compontes, impulsados además, por la misma evolución de las técnicas de inspec-ción no destructivas, lo cual les permitirán ampliar aún más su campo de acción.

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Tendencia tecnológica

Robots empleados actualmente en la industria eléctrica

Los robots empleados en la industria eléctrica son dedicados principalmente a trabajos peligrosos, te-diosos o repetitivos para los trabajadores y en estos casos son parte de una buena solución.

En las plantas nucleares de generación de energía eléctrica, estos dispositivos han reducido la exposi-ción a la radiación para los humanos y también han reducido los tiempos de inactividad de la planta.

Actualmente, los robots empleados en la industria nuclear realizan trabajos muy diversos que van des-de la inspección visual empleando cámaras de video en áreas restringidas para el ser humano por los altos niveles de radiactividad, hasta trabajos de reparación como corte de tuberías, soldaduras o inspección, que antes de la aparición de los robots debían ser realiza-dos durante los periodo de recarga de combustible, cuando los niveles en ciertas áreas son menores y po-dían ser atendidas por el personal de mantenimiento.

Tendencia del sector energía

Muchos institutos, en colaboración con particulares y universidades, se han dado a la tarea de proponer soluciones robóticas para atender las necesidades de la industria eléctrica, que día a día optan mayormen-te por mantener su infraestructura en condiciones de seguridad y eficiencia en sus operaciones, lo cual re-quiere de la inspección de sus componentes críticos de forma más precisa y confiable. En el caso de la Comisión Federal de Electricidad (CFE), el uso de dispositivos robóticos le permitirá contribuir a re-ducir sus índices de falla, extender sus periodos de mantenimiento y mejorar los métodos de evaluación de sus componentes.

El Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE), en conjunto con la CFE no son la excepción en la au-tomatización de pruebas no destructivas y han incur-sionado en el desarrollo de soluciones robóticas para tareas de mantenimiento o inspección de compo-nentes críticos de las centrales generadoras de energía eléctrica. Los desarrollos del IIE incluyen software, electrónica, sensores y detectores, y diseño mecánico de dispositivos que se utilizan para realizar la inspec-

ción de componentes, tanto en su volumen como en sus superficies, simplifican-do los movimientos requeridos, logrando diseños propios y adecuados para cada aplicación.

Uno de los componentes principales de toda central termoeléctrica son sus turbi-nas de vapor, las cuales están sujetas a una serie de esfuerzos termomecánicos que pueden propiciar el desarrollo de pequeñas fisuras, que de no ser identificadas oportunamente, podrían crecer hasta generar la falla considerable del turbogene-rador. Lo anterior da pauta a desarrollar dispositivos que permitan la inspección de este tipo de componentes y averiguar si se encuentran en condiciones de con-tinuar operando o desarrollando de forma segura la función para la cual fueron diseñados.

En el año 2000, el IIE desarrolló la primera solución robótica para el Laboratorio de Pruebas a Equipos y Materiales (LAPEM) de la CFE, la cual tuvo su origen en la necesidad de inspeccionar los rotores de turbinas de vapor de dicha enti-dad, contribuyendo a las estrategias planteadas por la misma CFE en el sentido de operar y mantener su infraestructura eléctrica en las mejores condiciones de seguridad.

Técnicas de inspección

A la par de las soluciones robóticas también hay una evolución en el área de la simulación numérica, que le ha permitido al IIE, por una parte, la simulación de los diversos fenómenos físicos que conllevan al deterioro de componentes y la aparición de fisuras, y por otra a la estimación de su tasa de crecimiento usando mecánica de la fractura. Con base en simulaciones, hoy en día es posible realizar varios análisis para identificar y evaluar las zonas más esforzadas en los equipos de generación durante sus diversos ciclos o condiciones de operación.

Figura 1. Robot MIS (Máquina de Inspección en Servicio), que inspecciona el interior del tanque de un reactor durante el mantenimiento de una central nuclear. Cortesía Intercontrole, Areva.

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Boletín IIEoctubre-diciembre-2014

Tendencia tecnológica

Otra parte importante y que es imprescindible en cualquier inspección de alto nivel, es la simulación de la técnica misma de inspección que se emplee, por lo que el IIE ha buscado el acceso a las herramientas más avanzadas en este campo, apoyándose en pro-gramas de simulación como CIVA, que ha permi-tido por una parte, involucrar todos los parámetros presentes en la técnica de inspección, no solamente para planear la inspección misma sino también pa-ra la interpretación de resultados y como apoyo pa-ra el diagnóstico final. Programas como CIVA son de mucha ayuda, incluso para diseñar transductores especiales para cada aplicación, garantizando de esta forma que la inspección se realizará de forma opti-mizada y que los resultados serán confiables.

En cuanto a las técnicas de inspección que básica-mente son ultrasonido, radiografía, electromagnetis-mo, líquidos penetrantes y visual, también se tiene una clara evolución debido, por una parte, al avance en los procesos de digitalización, informática, elec-trónica y de manufactura. Lo anterior ha permitido emplear, por ejemplo, arreglos de cristales piezoeléc-tricos para transductores de ultrasonido, o arreglos de bobinas en transductores de corrientes parásitas que representan claras ventajas sobre los sistemas convencionales, principalmente cuando se usan en geometrías complejas.

Considerando las capacidades de las tecnologías de las que se dispone hoy en día y al hecho de que mu-chos de los equipos de generación han operado por más de 20 años, se hace necesaria la inspección de alta confiabilidad y detectabilidad en componentes críticos, a fin de garantizar la operación segura de los equipos, por lo que consciente de lo antes mencio-nado, la CFE continúa impulsando el desarrollo de soluciones robóticas.

Así, en aplicaciones de inspección de componentes se observa cada vez más el uso de dispositivos robóticos que son programados, lo mismo para entrar a lugares de difícil acceso como para ejecutar trabajos peligro-sos, repetitivos o de alta precisión, y al igual que en otros sectores que no consideraban la automatización de sus procesos, los robots apoyarán de alguna forma el trabajo actualmente realizado por el humano.

Si bien se sabe que existe más de un millón de robots en la industria dedicados principalmente a tareas in-herentes a la producción industrial, en el sector eléc-trico las aplicaciones robóticas aún son muy pocas,

Figura 2. Primera sonda de inspección borosónica.

Figura 3. Simulación de haz ultrasónico de un transductor convencional.

Figura 4. Simulación de haz ultrasónico (sectorial) de un transductor phased array.

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Tendencia tecnológica

y en contraste con las anteriores, en los desarrollos del IIE se quiere mantener al ser humano en lugar de reemplazarlo, de tal forma que pueda observar el trabajo de inspección, tomar decisiones y controlar al mismo robot, para asegurarse que las inspecciones sean de gran valor para la CFE a la hora de tomar decisiones, por lo que se prevé que los sistemas de inspección continuarán evolucionando, logrando in-crementar la viabilidad del uso de robots en la indus-tria eléctrica.

Proyectos recientes en el IIE

En años recientes bajo contrato con la CFE, el Ins-tituto de Investigaciones Eléctricas ha aportado so-luciones para la inspección no destructiva de discos de rotores raíces y encastres de álabes de turbinas, e inspección de tubos de generadores de vapor.

Actualmente, el IIE desarrolla nuevos diseños de la sonda de inspección borosónica que incorpora nue-vas tecnologías de ultrasonido con claras ventajas respecto al ultrasonido convencional y un sistema de inspección de anillos de generadores eléctricos.

En un futuro cercano se prevé continuar colaboran-do con la CFE y PEMEX en el desarrollo de dispo-sitivos robóticos que permitan extender la presencia del ser humano, para realizar aquellas tareas que requieran alta capacidad de detección y sobre todo que permitan fomentar la innovación y el desarrollo tecnológico en los procesos de suministro de energía eléctrica, para lo cual también será necesario un sis-tema eficiente para su gestión.

Referencias

Khalid N. and Mubina. Current Trends and future prospects in robotics. National Conference on Emerging Frontiers in Mecha-nical Engineering for New Generation Industry (EFME 2011).

Robotic applications in PSE&G’s nuclear and fossil power plants, USA, 2002.

Moore T. Robots for Nuclear Power Plants. , IAEA Bulletin, Au-tum 1985.

History of Industrial Robots, International Federation of Robotics.

Applied Robotics for the Power Industry. 1st. International Confe-rence on Applied Robotics for the Power Industry (CARPI), 2010.

RODOLFO MUÑOZ QUEZADA[rmunoz@iie.org.mx]

Maestro en Ciencias en Ingeniería Mecánica por Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET). Ingeniero Mecánico por el Instituto Tecnológico de Pachuca. Ingresó al Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) en 1992 a la División de Sistemas Mecánicos. Su área de especialidad se relaciona con el diagnóstico de fallas mecánicas en turbomaquinaria, en donde ha dirigido varios proyectos para Petróleos Mexicanos (PEMEX) y para la Comisión Federal de Electricidad (CFE). En el año 2001 recibió la certificación del Vibration Institute como especialista en análisis de vibraciones. A partir de 2008 dirigió varios proyectos relacionados con la automa-tización de pruebas no destructivas, entre los que destacan el sistema de inspección de tubos de paredes de agua en generadores de vapor, en conjunto con la Gerencia de Materiales y Procesos Químicos (GMPQ) del IIE, y el sistema para la inspección de discos de rotores y ranuras y raíces de alabes (brazo robótico). Actualmente dirige un proyecto para el desarrollo de una sonda de inspección borosónica de rotores utilizando ultrasonido phased array. Es autor de varios artículos nacionales e internacionales en diagnóstico de fallas.

De izquierda a derecha: Raymundo Artis Espriú, Rodolfo Mu-ñoz Quezada y José Antonio Carnero Parra.

JOSÉ ANTONIO CARNERO PARRA[carnero@iie.org.mx]

Grado de Maestría por el Instituto Tecnológico de Tlalnepantla en 1984. Ingeniero Industrial me-cánico por el Instituto Tecnológico de Durango en 1982. Desde 1985 es investigador de la Ge-rencia de Turbomaquinaria en el Instituto de Investigaciones Eléctricas. Se ha desempeñado como jefe de proyecto de algunos proyectos contratados por la Comisión Federal de Electricidad (CFE). De 1994 al 2001 fue coordinador de la especialidad “Análisis Estructural y del Comportamiento de Turbomáquinas”. Se ha especializado en el análisis del comportamiento térmico, estructural y fluido dinámico de turbomaquinaria. Ha impulsado el desarrollo de la tecnología para evaluar la vida remanente de rotores de turbinas de vapor. Ha publicado más de 20 artículos en conferencias y congresos internacionales sobre su especialidad, la mayoría de ellos en conferencias patrocinadas por American Society of Mechanical Enginners (ASME).

RAYMUNDO ARTIS ESPRIÚ[raymundo.artis@iie.org.mx]

Ingeniero Mecánico Electricista por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) en 1972. Ingresó a la División de Sistemas Mecánicos del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) en septiembre de 2008, como asesor en el diseño de un dispositivo mecánico automatizado para la inspección de tubos de pared de agua de calderas de centrales termoeléctricas. Ha ocupado varios cargos en el gobierno del Distrito Federal.

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Tendencia tecnológica

Evaluación del desempeño de centrales turbogás durante la puesta en servicio

Norberto Pérez Rodríguez, Erik Rosado Tamariz y Carlos Alberto Mariño López

Abstract

This work is focused on the performance of a turbo gas power plant in terms of energy efficiency (Average Net Power Capacity and Heat Consumption Rate) and emissions and noise levels during acceptance test of the commissioning for the power plant. The evaluation methodology and the results obtained were carried out to demonstrate that the unit operates according with respect to contractual guarantees and it complies with the national and international regulations. The power plant evaluated consists of one aero-derivative combustion turbine generator installed as part of a simple cycle power block operating in conjunction with an inlet chiller system. The evaluation conditions of the unit include the base load operation and a partial load case. As a final result of this evaluation, it is guarantee to the costumer that the power plant, their systems and equipment’s, satisfy the requirements, specifications and performance in terms of energy efficiency and emissions and noise levels in agreement with the manufacturer references and applicable regulations.

Se instalaron 14 plantas tipo turbogás de 32 MW, impulsadas por turbinas aeroderivadas, alimenta-das por gas natural, para un total de 448 MW.

Introducción

Debido al incremento de la demanda de energía eléctrica en la zona conurbada de la Ciudad de Mé-xico con los municipios del Estado de México, así como la problemática inherente a la generación y distribución de energía eléctrica en las zonas de ma-yor demanda, se realizó el proyecto de instalación de 14 plantas tipo turbogás de 32 MW, impulsa-das por turbinas aeroderivadas, alimentadas por gas natural, para un total de 448 MW que vinieran a solucionar el problema de generación y distribu-ción de potencial eléctrico en las zonas críticas de la zona de cobertura del área metropolitana de la Ciudad de México. Con la adquisición, instalación y puesta en operación de estas catorce unidades fue necesario evaluar su desempeño y determinar el ni-vel de cumplimiento de las garantías estipuladas en el contrato, así como presentar una evaluación de origen para el seguimiento del desempeño de estas unidades en operación futura.

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Tendencia tecnológica

Cada planta de generación consiste de una unidad aeroderivada con turbina de combustión-generador instalado en un bloque de fuerza de ciclo simple, operando en conjunto con un sistema de enfria-miento (chiller), con capacidad efectiva de genera-ción para una altitud de operación determinada y operación bajo cualquier régimen de carga. En la figura 1 se muestra una vista general de la central de generación.

Evaluación del desempeño de la unidad de generación

Evaluación de eficiencia energética

La evaluación de rendimiento en términos de ca-pacidad neta (PNET) y consumo térmico unitario (QRATE) se desarrolló en condiciones de operación a carga base con el sistema de enfriamiento de aire a la entrada de la turbina en funcionamiento y las mediciones de la prueba se basaron en una combi-nación de instrumentos de precisión e instrumen-tación de la planta. Los instrumentos de precisión instalados específicamente para la prueba fueron aislados e independientes del sistema (no conecta-dos con él). Se utilizó un Sistema de Adquisición de Datos (DAS, por sus siglas en inglés) temporal para monitorear las condiciones ambientales.

La capacidad neta (PNET) de la unidad de genera-ción se midió sobre el lado de alta del transforma-dor principal con un medidor [watt/hr] (DMM-B) propio de la unidad. Las lecturas de energía se re-gistraron de forma manual desde la pantalla del medidor. Las lecturas de energía [kWh] y los tiem-pos exactos de adquisición de datos fueron utiliza-dos para determinar la capacidad neta promedio y el consumo térmico unitario neto de acuerdo a las siguientes formulaciones:

PNET = PMEND – PM START

Dt [1]

QCONS = mt (QATM + hCC + hATM)

Dt [2]

QRATE = QCONS

PNET

[3]

Los resultados de PNET y QNET deben ser corregidos, considerando la variación de las condiciones medioambientales al momento de la prueba con respecto a las condiciones de diseño. Las condiciones ambientales de prueba a considerar en la corrección se muestran el tabla 1.

Para determinar los valores garantizados de desempeño en la unidad turbogás es necesario ajustar los valores de PNET y QNET, considerando las condiciones base. Esto se realiza mediante el uso de curvas de corrección por temperatura, presión barométrica, humedad relativa y poder calorífico del combustible.

En las figuras 2a y 2b se muestran las curvas de corrección por temperatu-ra-presión barométrica, humedad relativa-poder calorífico del combustible que se aplican a la unidad de generación evaluada.

La capacidad neta garantizada corregida (CPNET) y el consumo térmico unita-rio neto garantizado corregido (CQRATE) son calculados al ajustar los valores de PNET y QNET a los valores garantizados, considerando la metodología de correc-ción mostrada en las siguientes formulaciones:

CPNET = PNET F1P • F2P • F3P • F4P

[4]

Figura 1. Vista general de la central de generación.

Tabla 1. Condiciones ambientales de prueba.

Parámetro ValorCombustible Gas naturalCarga BaseTemperatura ambiente 18°CHumedad relativa 60%Altitud 2,250 mPresión barométrica 0.77059 BarPoder calorífico inferior combustible 47,496 kJ/kg

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Tendencia tecnológica

Figura 2a. Curva de corrección por temperatura y presión barométrica.

Figura 2b. Curva de corrección por humedad relativa y poder calorífico (combustible).

CQRATE = QRATE

F1HR • F2HR • F3HR • F4HR

[5]

Los factores de corrección F1P, F2P, F3P, F4P, F1HR, F2HR, F3HR y F4HR son calculados mediante una interpolación lineal entre los puntos mostrados en las curvas de corrección (figuras 2a y 2b). Se presenta el comparativo de los resultados obte-nidos en las pruebas de evaluación con respecto a los valores establecidos por el fabricante y las correcciones por condiciones de prueba.

Evaluación de niveles de ruido

Las pruebas de emisión de ruido se desarrollan cuando la unidad se encuen-tra operando a capacidad neta y consumo térmico unitario. Se desarrollan mediciones de prueba en dos configuraciones denominadas campo cercano y

campo lejano. La configuración de campo cercano constituyen a todas y cada una de las inmediacio-nes circundantes a los sistemas equipos o maquina-ria denominados como zonas críticas de medición, mientras que la zona campo lejano incluya todos y cada uno de los puntos de medición establecidos alrededor del predio donde se encuentra instalada la fuente de emisión de ruido, separadas por el mu-ro de contención acústico.

Para desarrollar las mediciones de ruido a campo cercano se seleccionaron zonas críticas donde se pro-ducen las emisiones de presión de ruido en niveles máximos, colectando datos con un sonómetro ca-

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Tendencia tecnológica

Figura 3. Comparativo del comportamiento en cuanto a capaci-dad neta garantizada.

Figura 5. Comparativo del comportamiento de emisiones de presión de ruido [dBA].

Figura 4. Comparativo del comportamiento en cuanto a consu-mo térmico unitario.

Figura 6. Comparativo del comportamiento de las mediciones de óxidos de nitrógeno (NOX) durante las pruebas de emisiones contaminantes a carga base y carga parcial (75%) con respecto a los valores garantizados y la normatividad aplicable.

librado que se dirige hacia la fuente de generación de ruido a una distancia de dos metros durante un tiempo de prueba de 30 a 90 minutos, mientras que para la prueba de emisión de presión de ruido en campo lejano se utilizó un mismo procedimiento y equipo, con la diferencia que los puntos de medición fueron localizados lo más cercano posible a una dis-tancia de 0.30 metros fuera de la zona aislada y una altitud de 1.20 metros del nivel del piso.

Por último se compararon los resultados obtenidos con la emisión de ruidos máxima permitida, esta-blecida para las fuentes fijas en la Norma Oficial Mexicana NOM 081-ECOL.

Como resultado final de esta evaluación se muestra el comparativo de los resul-tados obtenidos en las pruebas de evaluación, con respecto a los valores estable-cidos por el fabricante y las normatividades aplicables en términos de niveles de emisión de presión de ruido.

Evaluación de niveles de emisiones atmosféricas

Las mediciones de prueba para la evaluación de emisiones atmosféricas fue-ron desarrolladas, utilizando un sistema de monitoreo continuo de emisiones (CEMS por sus siglas en inglés) instalado en sitio. El CEMS debe ser calibra-do en planta antes y después de la prueba, con una desviación permisible del 3% con respecto a los gases de referencia. Las mediciones fueron registradas

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Tendencia tecnológica

manualmente desde la interfaz PC del CEMS. Los datos fueron colectados en intervalos de tiempo de cinco minutos en un periodo de prueba de 110 minu-tos totales para cada carga y las corridas de la prueba fueron desarrolladas para carga nominal y carga parcial (75%) a capacidad neta de 32 MW y 21 MW respectivamente.

En la figura 6 se muestra el comportamiento de las mediciones de emisiones de óxidos de nitrógeno (NOX) para las pruebas de emisiones contaminantes al 100% y 75% con respecto a los valores garantizados por el fabricante y norma-tividades aplicables.

Conclusiones

El trabajo desarrollado se basa en el criterio de confiabilidad y eficiencia ener-gética de la unidad, con la finalidad de establecer los parámetros del desempe-ño que determinen el nivel de cumplimiento de las garantías estipuladas en el contrato de adquisición, instalación y puesta en operación de estas unidades, así como para establecer un punto de referencia para futuras evaluaciones del desempeño. Se comprueba que la unidad cumple con las normativas existentes y los estándares aplicables en cada punto del diagnóstico.

Como resultado de este proceso, la entidad pro-pietaria de la unidad de generación cuenta con el referente y la garantía de que su central generadora trabaja correctamente, satisfaciendo todos los re-quisitos, condiciones y especificaciones técnicas y la obtención de un buen rendimiento de la unidad, como se muestra numéricamente en la tabla 2.

Referencias

BS 3135. British Standard Specification for Gas turbine acceptance tests, British Standard Institution, 1989.

ASME PTC-22-1997. Performance Test Code on Gas Turbine.. Performance Test Codes, ASME, 1997.

NOM-081-ECOL-1994. Límites máximos permisibles de emisión de ruido de las fuentes fijas y su método de medición. Norma oficial mexicana 081, 1994.

GE, SCP916- Commissioning Manual. Combustion Turbine Ge-nerator System Test Procedure. GEIOC, January 2007.

GE, CTP901- Commissioning Manual. Net Capacity and Net Unit Heat Consumption Performance Test Procedure, January 2007.

Valores de Comparación

Capacidad Neta [kW]

Consumo Térmico [kJ/kWh]

Presión de Ruido [dBA] Emisiones NOX [ppmV]

Campo Cercano

Campo Lejano

Valor Garantizado

31,360 9,535 85 65 35

Regulaciones Aplicables

NA NA 90 68 25

Pruebas de evaluación

32,891 9,230 82.6 58.2 13.94

Tabla 2. Especificaciones técnicas y rendimiento de la unidad.

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Tendencia tecnológica

CARLOS ALBERTO MARIÑO LÓPEZ[camarino@iie.org.mx]

Maestro en Ciencias en Ingeniería Energética con especialidad en Ingeniería Térmica por el Insti-tuto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM) Campus Monterrey en 2001. Ingeniero Mecánico por el Instituto Tecnológico de Ciudad Madero en 1993. Desde 1994 trabaja en la Gerencia de Turbomaquinaria (GTM) del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) en el área de evaluación y diagnóstico de turbomaquinaria. Ha participado en proyectos relacionados con  el análisis de la disminución de potencia y eficiencia por el desgaste de componentes del canal de flujo de turbinas de vapor y gas; la evaluación en línea de turbinas de vapor; el desarrollo de programas para el monitoreo del régimen térmico; el aprovechamiento del potencial energéti-co de vapor geotérmico de baja entalpía, la especificación de equipos y el desarrollo de bases de licitación.

ERIK ROSADO TAMARIZ[erosado@iie.org.mx]

Maestro en Ciencias en Ingeniería Mecánica por el Instituto Tecnológico de Veracruz. Ingeniero Mecánico por el mismo Instituto. Desde 2008 se desempeña como investigador en el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) en la Gerencia de Turbomaquinaria, en las áreas de análisis numé-rico CFD y MEF, mejora de sistemas y evaluación de componentes mecánicos de centrales eléctri-cas. Ganador del primer lugar a nivel maestría en la categoría de Generación de Energía Eléctrica en el XXIV Certamen Nacional de Tesis.

NORBERTO PÉREZ RODRÍGUEZ[npr@iie.org.mx]

Maestro en Ingeniería Mecánica opción Diseño por el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM), Campus Monterrey en 1992. Ingeniero Electromecánico por el Instituto Tecnológico de Minatitlán 1988. Ingresó al Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) en 1989 como becario de te-sis Licenciatura. Labora en el IIE desde 1991, participando en proyectos enfocados a la evaluación del estado operacional de turbogeneradores de la Comisión Federal de Electricidad (CFE), involucrando actividades específicas en las áreas de la dinámica de rotores y diagnóstico de fallas mediante el estudio del com-portamiento estructural de componentes. Además participó en proyectos relacionados con la supervisión y evaluación de la puesta en servicio, operación y aceptación de plantas generado-ras turbo gas. Destaca su Certificación en Análisis de Vibracio-nes Categoría I, proporcionado por el Vibrations Institute y de Termografía Nivel I proporcionado por el Infraspection Institute. Ha publicado más de diez artículos en conferencias y congresos nacionales e internacionales. Fue distinguido como miembro del Sistema Estatal de Investigadores 2009 y 2010.

De izquierda a derecha: Carlos Alberto Mariño López, Norberto Pérez Rodríguez y Erik Rosado Tamariz.

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Boletín IIEoctubre-diciembre-2014

Artículo técnico

Condiciones necesarias para la eliminación de corridas de prueba durante el balanceo de rotores flexibles

Eduardo Preciado Delgado

Abstract

This paper analyses the conditions required to eliminate the trial runs during the balancing of large flexible rotors. These conditions include: the identification of the principal axes of stiffness, the determination of the rotor mode shapes and modal masses, and the extraction of the modal parameters from the measured vibration data, for each critical speed considered during the balancing. The paper also discusses possible reasons why modal balancing without trial runs has not been incorporated to field balancing practice.

El procedimiento utilizado normalmente para balan-cear un modo de vibra-ción consiste en rodar el rotor dos veces a través de la frecuencia de reso-nancia o velocidad crítica correspondiente.

Introducción

El balanceo de un rotor requiere agregar masas dis-cretas, con el fin de compensar una distribución ex-céntrica y continua de la masa del rotor que genera grandes fuerzas de origen centrífugo y altos niveles de vibración. Tradicionalmente, las masas de balan-ceo se calculan mediante la realización de una serie de corridas de prueba lo cual, en el caso de rotores flexibles de gran tamaño, requiere de un esfuerzo importante. Tomando esto en consideración, se han publicado varios artículos describiendo técnicas de balanceo que supuestamente no requieren de la rea-lización de corridas de prueba (Hundal y Harker, 1966; Palazzolo y Gunter, 1977; Gnielka, 1983; Morton, 1985; Wiese, 1992; Preciado y Bannister, 2000; El-Shafei, El-Kabbany y Younan, 2004). No hay, sin embargo, reportes de la aplicación genera-lizada de alguna de estas técnicas en la práctica de balanceo. Esto sugiere la necesidad de resolver al-gunas dificultades adicionales de tipo práctico que aún existen en la práctica del balanceo de rotores.

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Artículo técnico

Este artículo analiza las condiciones requeridas para la eliminación de las corridas de prueba durante el balanceo de grandes rotores flexibles y comenta so-bre las dificultades existentes para su incorporación a la práctica de balanceo en campo.

El artículo revisa la ecuación requerida para el cálculo de las masas de corrección necesarias para compensar el desbalance para cada modo de vibra-ción, así como la transformación de esa masa indi-vidual in en arreglo de masas, de tal manera que no produzcan efecto alguno sobre los otros modos del sistema.

Los planos de balanceo se incorporan en la geome-tría de los rotores, de tal forma que cualquier des-balance residual que excite los modos que afectan el comportamiento vibratorio de los rotores a su ve-locidad nominal pueda ser suprimido mediante la colocación de masas en esos planos. La compensa-ción de modos de orden más alto normalmente no es considerada, por lo que el alcance de este artícu-lo se limita a la posible determinación de las masas de corrección para los modos de vibración dentro del rango normal de velocidad. Se utiliza un caso analítico para ejemplificar el método de balanceo y las condiciones requeridas para la eliminación de las corridas de prueba.

El Método de Balanceo Modal

Las características modales de un rotor flexible su-gieren un método de balanceo basado en el prin-cipio de ortogonalidad, el cual establece que las energías cinética y potencial en un sistema pueden considerarse como la suma de las correspondientes energías cinética y potencial de cada componente modal de vibración. Esto significa que un rotor vibrando en uno de sus modos no excitará a nin-guno de los otros modos, permitiendo el uso de masas de corrección que afecten el contenido ener-gético de ese modo, sin provocar efecto alguno en otros modos que pudieran haber sido previamente balanceados.

Asumiendo amortiguamiento de tipo proporcional, la respuesta de un rotor flexible en cualquier coor-denada z puede expresarse mediante una serie de funciones características, de tal forma que:

u(z,t) = ur(z,t) = qr(t) • jr(z)∑r=1

n

∑r=1

n

(1)

donde n es el número de modos de vibración con una influencia significativa sobre la respuesta del rotor en el rango de velocidad de operación, qr(t) repre-senta las coordenadas principales del sistema y jr(z) son las funciones caracte-rísticas o formas modales.

Similarmente, la distribución de excentricidad puede expresarse como:

e(z) = er jr (z)r=1∑n

(2)

Los elementos de la serie en la ecuación (2) representan las componentes mo-dales de excentricidad; cada una de estas componentes modales excita a un solo modo de vibración. Multiplicando ambos lados de la ecuación por rA(z)er jr(z) e integrando a lo largo de la flecha, es posible demostrar que:

er = r A(z) e(z) jr(z) dz 1mr

∫0

1 (3)

donde mr representa la masa modal, r es la densidad del material, A(z) es el área de la sección transversal de la flecha y la función característica jr(z) se expresa como la relación entre la vibración a lo largo del rotor y un valor de referencia, usualmente considerado como la vibración medida por uno de los transductores del rotor. Si el transductor de referencia se encuentra localizado en z=zi, el factor de forma modal r th correspondiente a la coordenada axial z=zj está dado por:

jrj = jr(zj ) = =ur(zj , t)ur(zi , t)

ur jur i

(4)

La naturaleza relativa de las funciones características demuestra que la compo-nente modal de excentricidad er es una función de la deflexión utilizada como valor de referencia ur i . Lo mismo aplica para cualquier parámetro modal que se exprese como una función de las formas modales.

La vibración producida por la componente modal de desbalance en la posición del transductor de referencia puede expresarse como:

ur i = = Ar (w) • er i

Wr2 eri

(1-Wr2)2 + (2VrWr )

2√ (5)

donde eri es la componente modal de excentricidad observada desde la posi-ción del transductor de referencia, Wr representa la relación entre la frecuencia de rotación y la frecuencia natural r th del sistema, y Vr es la relación de amorti-guamiento correspondiente.

La respuesta tiene un retraso de fase fri con respecto a la fuerza de desbalance, el cual está dado por:

fri = tan-1 2VrWr

1-Wr2( ) (6)

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Boletín IIEoctubre-diciembre-2014

Artículo técnico

Se puede observar que el factor de amplificación dinámico Ar (w) es una cons-tante para una frecuencia dada y es independiente de la coordenada axial.

El modo r th del rotor puede ser balanceado mediante la adición de una masa discreta, de tal forma que la fuerza centrífuga generada por esta masa cancele la fuerza centrífuga generada por la componente r th de la excentricidad.

Considere que el desbalance de un rotor, observado por un transductor locali-zado en z = zi, es representado por las excentricidades eri y eU, antes y después de agregar una masa de prueba Ur j a un plano de balanceo localizado z = zj . Es posible demostrar que:

eU = er i + Urj Rj jrj1

mri

(7)

donde Rj es el radio del plano de balanceo localizado en z = zj. De acuerdo con la ecuación (3), el segundo término de lado derecho de la ecuación (7) es la representación modal de la masa de prueba observada por el transductor loca-lizado en z = zi. El objetivo del balanceo es eliminar el valor de la excentricidad después de agregar la masa, tal que eU = 0. Esto es:

er i + Ur j Rj jr j = 01mr i

(8)

Por lo tanto, de acuerdo con la ecuación (8), la masa de corrección está dada por:

Ur j= - • er i mr i

Rj jr j (9)

donde mr i es la masa modal observada desde la localización del transductor de referencia.

Introduciendo la ecuación (5) en la ecuación (9) resulta en:

Ur j= - • ur i mr i

Rj • Ar (w) • jr j( ) (10)

Para la resonancia se tiene que Wr = 1, de tal forma que el factor de amplifica-ción dinámico en la ecuación (5) se reduce a:

Ar (w)= 12 z r

(11)

con un desfasamiento de 90° con respecto a la fuerza de desbalance. Sustitu-yendo (11) en la ecuación (10), transforma la expresión para la masa de correc-ción en:

Ur j= - • ur i 2 • z r • mr i

Rj • jr j( ) (12)

La ecuación anterior proporciona la masa de co-rrección que debe agregarse al plano de balanceo localizado en z = zj con el objeto de compensar la componente de desbalance r th. El signo negativo indica que esta masa debe colocarse opuesta a la posición de la fuerza de desbalance, la cual va 90° adelante del desplazamiento en la resonancia.

Eliminación de las corridas de prueba

El procedimiento utilizado normalmente para ba-lancear un modo de vibración consiste en rodar el rotor dos veces a través de la frecuencia de re-sonancia o velocidad crítica correspondiente: una vez en su condición de desbalance original y otra más con la adición de una masa de prueba. El efec-to de la masa de prueba es calculado mediante la sustracción de las vibraciones de ambos rodados. Esto define el valor global del paréntesis en la ecua-ción (12), la cual puede ser utilizada para calcular la masa de corrección requerida para compensar las vibraciones originales.

Así, para balancear un rotor sin corridas de prueba se rodaría el rotor una sola vez, lo que significa que los términos dentro del paréntesis en la ecuación (12) deberían determinarse por algún otro medio.

Radio de los planos de balanceo. El radio de cada plano de balanceo Rj es una característica geométri-ca del sistema y representa la excentricidad de cada masa agregada. Los radios de los planos de balanceo necesitan medirse directamente en el rotor o iden-tificarse en la información geométrica del rotor, lo cual no representa dificultad alguna.

Parámetros modales de la respuesta del rotor. Dos parámetros en la ecuación (12) requieren ser extraídos de las vibraciones registradas: (a) la ampli-tud y el ángulo de fase de la componente modal de vibración uri, y (b) la relación de amortiguamien-to z r. Estos parámetros pueden obtenerse utili-zando un programa para extracción de parámetros modales. Existen varios programas que permiten la extracción de parámetros modales de la respuesta vibratoria y que consideran la interacción de múltiples grados de libertad. Cuando se balancea un rotor, la extracción de parámetros modales pro-porciona no solo la frecuencia natural, sino la rela-

157

Artículo técnico

ción de amortiguamiento y la amplitud y fase de la componente modal de vibración, para cada modo presente en la respuesta del rotor.

Efecto de la posición angular del transductor. La teoría modal dice que la respuesta de cada modo de vibración está definida por las ecuaciones (5) y (6). Para que esta aseveración se sostenga, sin em-bargo, el transductor de vibración debe coincidir con uno de los ejes principales de rigidez tal como se demuestra en Preciado (Preciado, 1998). Un eje principal de rigidez es la dirección para la cual la ecuación diferencial de movimiento se desacopla de cualquier otro modo.

Para el caso de un rotor soportado sobre chuma-ceras asimétricas, las coordenadas principales se presentan en pares. La experiencia práctica demues-tra que la localización angular de los transductores usualmente difiere de la de los ejes principales, in-troduciendo la influencia de ambos modos en las mediciones de vibración. De acuerdo con Preciado, (Preciado, 1998), la localización de un transduc-tor en cualquier otra posición que no sea la del eje principal de rigidez, producirá no sólo una diferen-cia en la magnitud, sino también una localización angular diferente para la masa de corrección. Con el objeto de evitar estos errores, es necesario iden-tificar la posición de cada eje principal de rigidez.

Considere dos transductores en la misma posición axial y colocados de tal forma que coincida con los ejes x y y de un sistema rectangular de coordenadas. De Preciado (Preciado, 1998), las posiciones angu-lares a y b de los ejes principales, correspondientes a un par de modos con frecuencias naturales w1 y w2, están dadas por:

a= tan -1 -ux2

uy2

( ) and b= tan -1 -ux1

uy1

( ) (13)

donde ux y uy son los vectores de resonancia cap-turados por los transductores en las direcciones x y y, y los subíndices 1 y 2 se refieren a las dos reso-nancias. Así, considerando un transductor localiza-do en la dirección de uno de los ejes principales, el vector en resonancia está dado por:

ua = ux cos a + uy sin a (14)

y una expresión similar para la otra dirección principal. El parámetro u

a es el que debe introdu-

cirse en la ecuación (12) para determinar la magnitud de la masa de corrección correspondiente a cada modo de vibración. La utilización del transductor virtual en la dirección a proporciona también la correcta localización angular para la masa de corrección (Preciado, 1998).

Formas modales y masas modales. La masa modal en la ecuación (12) es una función de la posición axial desde la cual se observa el comportamiento del rotor y está dada por:

mr = r A(z) [jr(z)]2dz ∫0

1 (15)

El uso de un modelo de parámetros discretos transforma la ecuación (15) en:

mri = mj (jrj )2

j=1∑n

(16)

donde n representa el número de elementos en el modelo y mj es la masa del elemento j th. El término mri en la ecuación (16) representa la masa modal r th observada desde la posición del transductor de vibración utilizado como re-ferencia, y jrj representa el factor de forma modal r th tal como se define en la ecuación (4). La forma más común de determinar las formas modales y las correspondientes masas modales consiste en utilizar un modelo numérico del rotor y un programa para la determinación de frecuencias naturales y formas modales.

Determinación de masas individuales de corrección. Una vez que se obtie-nen los parámetros modales, se introducen en la ecuación (12) para calcular una masa discreta de corrección. Esta masa representa la corrección requerida para compensar el desbalance del modo que se está balanceando, para lo cual se coloca en la misma posición axial para la cual se calcula el factor de forma modal dado en el denominador de la ecuación (12).

Cálculo de arreglos modales de masas. En general, una masa individual afec-tará a todos los modos de vibración del rotor. Por lo tanto, esta masa debe ser transformada en un arreglo de masas tal que: (a) corrija el desbalance original, y (b) lo haga sin afectar a los otros modos de vibración. Estas dos condiciones son representadas por el siguiente sistema de ecuaciones:

Ur (zj )• Rj • jsj =j=1∑n {2 z r mr i ur i for r = s

0 for r ≠ s (17)

donde Ur (zj ) es la masa de corrección requerida en el plano de balanceo localizado en z = zj, la cual forma parte del arreglo de masas modales necesario para compensar el desbalance en el modo de vibración r th, y jsj es el factor de forma modal correspondiente para el modo de vibración s th. Cada arreglo de masas modales está compuesto por n elementos y el número de planos de balanceo necesita ser igual al número de modos de vibración considerados du-rante el balanceo.

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Boletín IIEoctubre-diciembre-2014

Artículo técnico

Ejemplo

El procedimiento de balanceo descrito fue utiliza-do para el balanceo del modelo numérico mostrado en la figura 1. El modelo representa dos turbinas acopladas y consiste de 20 elementos viga soporta-dos sobre tres chumaceras. Se agregó un total de 19 masas de desbalance escogidas de forma arbitraria y con una distribución aleatoria a lo largo del rotor. Las vibraciones utilizadas como referencia fueron las de la chumacera del extremo izquierdo. El rotor tiene tres pares de resonancias en el rango de 0 a 3000 r/min. Por lo tanto, se consideraron seis pla-nos de balanceo en las posiciones mostradas por los círculos en la figura 1.

Las vibraciones para las direcciones x y y (figura 2) fueron analizadas con la ayuda de un programa pa-ra extracción de parámetros modales. El programa identificó seis frecuencias naturales con sus corres-pondientes relaciones de amortiguamiento y vecto-res en resonancia.

Los vectores correspondientes a las frecuencias de resonancia fueron utilizados en la ecuación (13) pa-ra determinar la localización de los ejes principales de rigidez, los cuales fueron identificados en 60° y 339°, respectivamente. Las vibraciones para esas di-recciones principales se muestran en la figura 3.

La aplicación de la ecuación (12) proporcionó una masa de corrección para cada modo de vibración. Estas masas fueron entonces transformadas en arre-glos modales utilizando el sistema de ecuaciones (17). A continuación se sumaron los arreglos mo-dales para calcular una sola masa para cada plano de balanceo. El resultado de agregar esas masas al modelo del rotor se muestra en la figura 4.

Los resultados del balanceo del modelo pueden apreciarse fácilmente comparando la respuesta an-tes y después de la adición de las masas de correc-ción. Aún existen vibraciones residuales, aunque pequeñas, las cuales tienen su origen en errores numéricos durante la determinación de los paráme-tros modales utilizados en la ecuación (12), así co-mo por la influencia de modos superiores no consi-derados durante el balanceo.

Figura 1. Modelo de dos turbinas acopladas, con tres soportes y seis planos de balanceo.

Figura 2. Vibraciones originales en direcciones horizontal y vertical.

Figura 3. Vibraciones originales en las direcciones de los ejes principales.

Figura 4. La curva inferior muestra las vibraciones con el desbalance original más las masas de corrección.

159

Artículo técnico

Discusión

El ejemplo mostrado en la sección previa, junto con resultados experimentales reportados en otras pu-blicaciones (Preciado, 2002), por ejemplo, demues-tran que el balanceo sin corridas de prueba es una posibilidad real. Esto tiene el potencial de ahorrar un tiempo precioso, considerando que el balanceo en línea, en caso de ser necesario, cae directamente dentro de la ruta crítica de un programa de mante-nimiento. Por lo tanto, considerando el tiempo de retraso en poner un turbogenerador de regreso en operación después de un mantenimiento, uno tiene que preguntarse por qué el balanceo sin corridas de prueba no se ha incorporado a los procedimientos normalmente utilizados en la práctica de balanceo.

Este artículo considera que la respuesta del rotor puede expresarse como una serie de componentes modales, cada una asociada a una frecuencia natu-ral y a una forma modal específica. Similarmente, también se considera que el desbalance de un ro-tor puede expresarse como una serie de desbalances modales, cada uno de los cuales excita un sólo mo-do de vibración.

Además, la teoría modal indica la posibilidad de identificar las características de cada componente de desbalance, eliminando con ello la necesidad de realizar corridas de prueba. De acuerdo con la ecuación (12), el proceso requiere conocer las for-mas modales, las relaciones de amortiguamiento, las masas modales y la amplitud y fase de los vec-tores de vibración en resonancia para cada modo de vibración dentro del rango de operación del rotor.

La relación de amortiguamiento y los vectores para cada modo pueden obtenerse directamente de las vibraciones capturadas por los transductores, pero esto requiere del uso de un programa de compu-tadora especializado para llevar a cabo esta tarea, el cual no está normalmente a la mano, ya que los sistemas de monitoreo no incluyen este tipo de programas como parte de sus características. Una razón podría ser que los usuarios no solicitan que el sistema incluya una herramienta de estas caracte-rísticas, pero otra más importante es tal vez que las herramientas para extracción de parámetros moda-les han sido desarrolladas pensando en el análisis de estructuras estacionarias, lo cual hasta el momento representa un mayor mercado que el análisis de sis-temas rotatorios.

Así, el analista tendría que conseguir una herramienta para extracción de pa-rámetros modales por su propia cuenta, pero su uso requeriría que la informa-ción de vibraciones del rotor estuviera en el formato adecuado para alimentar-las al programa. Esto, por supuesto, asume que la información de vibraciones puede ser extraída del sistema de monitoreo en forma digital para ser manipu-lada, lo cual no necesariamente es cierto.

Cuando un rotor se soporta en chumaceras asimétricas, las características de ri-gidez del sistema no son las mismas para observadores colocados en diferentes posiciones alrededor de la flecha. Solamente hay dos direcciones, llamadas ejes principales de rigidez, para las cuales una fuerza estática resulta en un despla-zamiento en la misma dirección. Esto provoca que las resonancias se presenten en pares, una para cada dirección principal.

El análisis presentado en este y otros artículos demuestra que la única posición angular que proporciona la amplitud correcta del vector de resonancia es la del eje principal de rigidez correspondiente. Así, asumiendo que los paráme-tros modales ya han sido obtenidos, el siguiente paso consiste en identificar la localización de los ejes principales los cual, de acuerdo con la ecuación (13), requiere la información de dos transductores por chumacera, lo cual afortuna-damente se está transformando en una práctica estándar. Conociendo la locali-zación de los ejes principales, los valores de vibración se convierten en aquellos que observarían transductores observando en esas direcciones principales, ali-mentándolos al programa para extracción de parámetros modales, con el obje-to de obtener los valores correctos para la amplitud de vibración requerida en la ecuación (12). Todo esto representa un obstáculo adicional, ya que el proce-samiento de las señales requiere herramientas específicas que normalmente no están disponibles.

Otro obstáculo más está relacionado con el cálculo de las formas modales y sus masas modales correspondientes, las cuales requieren del desarrollo de un mo-delo numérico y del uso de un programa de cómputo. El desarrollo del modelo requiere de cierto grado de conocimiento y experiencia, si es que se espera que el modelo reproduzca el comportamiento real del rotor. Para esto, el analista requiere la información geométrica del rotor, pero los fabricantes normalmente

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Boletín IIEoctubre-diciembre-2014

Artículo técnico

no ofrecen esta información de forma voluntaria. Así, el desarrollo del modelo puede significar la medición de todas las dimensiones necesarias. Además, el modelo de computadora requiere de las características de rigidez y amortigua-miento de cada soporte y chumacera. Esto representa necesidades adicionales en términos de esfuerzo de modelado y herramientas de cálculo, las cuales una vez más pudieran no estar al alcance del analista.

Finalmente, a pesar de que una sola masa es suficiente para compensar un mo-do de vibración, esta generalmente excitaría todos los modos de vibración del rotor. Por lo anterior, la masa de corrección tiene que transformarse en un con-junto de masas equivalente que produzca el mismo efecto que la masa indivi-dual, pero sin disturbar la condición de desbalance en otros modos. El número de masas de cada arreglo debe ser igual al número de planos de balanceo reque-rido para compensar la distribución original del desbalance, el cual a su vez de-be ser igual al número de modos de vibración considerado en la respuesta. Esta transformación de las masas de corrección individuales en arreglos equivalentes de masas de corrección está dada por la ecuación (17) y requiere una vez más del conocimiento de las formas modales, las cuales ya fueron utilizadas para la determinación de las masas modales del rotor. Sin embargo, durante un ba-lanceo en campo pudiera no haber acceso a los planos de balanceo requeridos. En el ejemplo mostrado en este artículo, se utilizaron seis planos de balanceo, incluyendo dos planos localizados en el centro de las dos turbinas. Sin embar-go, normalmente no hay acceso a los planos centrales durante un balanceo en campo, y retirar la carcasa para ganar acceso a esos planos normalmente no es una opción a considerar.

Finalmente, el balanceo sin corridas de prueba sólo es posible si el rotor pue-de rodarse a través de los diferentes modos de vibración sin que se presenten amplitudes de vibración que sobrepasen los máximos valores tolerables. En el ejemplo analizado el rotor alcanza amplitudes de vibración global superiores a los 1000 micrómetros, lo cual en un rotor real estaría muy por encima de los límites de disparo de la máquina.

Así, aun cuando la teoría soporta la posibilidad de eliminar las corridas de prueba, en la realidad esto podría ser impedido por una serie de obstáculos, algunos de los cuales son más difíciles de superar que otros. Sin embargo, no hay razón por la cual las herramientas necesarias no puedan estar disponibles para el analista de vibraciones; los beneficios económicos asociados con la reducción del tiempo fuera de servicio de un turbogenerador de gran tamaño debería fácilmente justificar el costo de desarrollo o de adquisición de esas herramientas.

Referencias

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Gnielka, P. Modal balancing of flexible rotors without test runs: an experimental investigation. Journal of Sound and Vibration, 90(2), 157-172, 1983.

Morton, P. G. Modal balancing of flexible shafts without trial wei-ghts. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 199(C1), 71-78, 1985.

Wiese, D. Two new procedures to balance flexible rotors without test runs. In: 5th International Conference on Vibrations in Ro-tating Machinery, IMechE, 557-568. Bath, UK, 1992.

Preciado, E., Bannister, R. H. On the balancing of flexible rotors without trial runs. In: 7th International Conference on Vibra-tions in Rotating Machinery, IMechE, 121-130. Nottingham, UK, 2000.

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Preciado E. Mixed modal balancing of flexible rotors without trial runs. PhD Thesis, School of Mechanical Engineering, Cranfield University, Cranfield, Bedford, U.K., 1998.

Preciado, E., Bannister, R. H. Balancing of an experimental rotor without trial runs. International Journal of Rotating Machinery, 8(2), 99-108, 2002.

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Artículo técnico

EDUARDO PRECIADO DELGADO  [epd@iie.org.mx]

Doctor en Ingeniería Mecánica con especialidad en Turbomaquinaria por la Universidad de Cran-field, Inglaterra. Maestro en Ciencias en Mecánica Aplicada con especialidad en Vibraciones y Ruido en Maquinaria Rotatoria por el Instituto Tecnológico de Cranfield, Inglaterra. Ingeniero Mecánico por la Universidad de Guanajuato. Ingresó al Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) en 1983 a la hoy División de Sistemas Mecánicos. Su área de especialidad se enfoca al análisis del comportamiento dinámico de maquinaria rotatoria. Dirigió el proyecto para el desarrollo del Sistema Computarizado para Análisis Dinámico (SICAD II), y colaboró en el desarrollo de algo-ritmos para balanceo de rotores flexibles que conjuntan el balanceo modal con el de coeficientes de influencia. También ha trabajado en la implantación de técnicas de análisis de vibraciones co-mo apoyo al mantenimiento predictivo de equipo rotatorio. Ha publicado varios artículos a nivel internacional y ha presentado ponencias en conferencias y congresos de su área de especialidad. Tiene experiencia como docente a nivel bachillerato, licenciatura y maestría. Desde 2001 dirige la Gerencia de Turbomaquinaria, dentro de la División de Sistemas Mecánicos del IIE.

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Boletín IIEoctubre-diciembre-2014

Comunidad IIE

Foro de Granjas Solares Urbanas México 2014 El 13 de noviembre de 2014 se llevó a cabo el “Foro de Granjas Solares Urba-nas México 2014”, teniendo como sede el Museo Tecnológico de la CFE (MU-TEC). Su objetivo fue presentar aspectos técnicos, regulatorios y económicos de las Granjas Solares Urbanas (GSU), para difundir sus beneficios potenciales, ser un espacio para discutir sobre las oportunidades y retos para su impulso e imple-mentación masiva, y generar sinergias para propiciar un desarrollo incentivado de proyectos en el corto y mediano plazo. Este foro se enmarca como parte del proyecto “Promoción de Proyectos Piloto de Granjas Solares Urbanas en Méxi-co”, que la Gerencia de Energías Renovables (GER) del Instituto de Investigacio-nes Eléctricas (IIE) lleva a cabo para la Comisión Federal de Electricidad (CFE).

El evento que fue de alcance nacional consistió en cinco sesiones panel y una me-sa redonda que abordaron los temas: Tecnología y aplicaciones, Regulación, Es-cenario internacional, Mercado y sustentabilidad y Economía y financiamiento.

Las palabras de bienvenida estuvieron a cargo de José Luis Fernández Zayas, Di-rector Ejecutivo del IIE, quien destacó la importancia que tiene la tecnología en nuestros días e hizo una semblanza histórica de lo que ha sido la utilización de la tecnología fotovoltaica en el país y el papel protagónico que ha tenido el IIE en el desarrollo, promoción e investigación en el campo y sus aplicaciones.

Energía sostenible para todos en América Latina y el CaribeEl IIE participó en el evento: “Lanzamiento de la década de la energía sosteni-ble para todos en América Latina y el Caribe”, llevado a cabo del 15 al 18 de octubre de 2014 en Santiago de Chile.

Por parte del IIE asistió Fernando Kohrs Aldape, Director de Planeación, Ges-tión de la Estrategia y Comercialización, quien fue nombrado por la SENER como representante del Gobierno Mexicano para participar en dicho evento, en el que además fungió como ponente en el panel titulado: “Normativas que mejoran el entorno para la inversión en proyectos de energía renovable (pers-pectiva de países)”.

Cabe destacar que la Organización de las Naciones Unidas (ONU) determinó que el periodo comprendido entre 2014 y 2024 sería la década de la energía sostenible para todos, considerando que la energía es el hilo conductor que nos lleva al crecimiento económico y es, además, un medio que permite que el mundo prospere. Es por ello que en esta época en la que alrededor de 30 millones de personas carecen de electricidad en América Latina y más de 80 millones no disponen de un lugar seguro y limpio para cocinar, el IIE tiene la posibilidad de participar con otras instituciones para proponer soluciones en este rubro, identificando áreas de oportunidad.

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Comunidad IIE

IIE y CemiTT firman convenio de colaboraciónEl pasado 23 de octubre de 2014 se llevó a cabo un acto protocolario en el que el IIE y el Centro Morelense de Innovación y Transferencia Tecnológica (CemiTT) firmaron un convenio específico de colaboración.

Dicho convenio tiene por objeto que el Consejo de Ciencia y Tecnología del Estado de Morelos (CCYTEM), a través del CemiTT, coadyuve con el IIE en la transferencia y comercialización de conocimiento generado por la organiza-ción y desarrollo de proyectos de investigación científica y tecnológica, hacia la atención de demandas empresariales, esto con el fin de detonar proyectos de innovación tecnológica con alta pertinencia de negocio que impulsen la com-petitividad del Estado de Morelos y que genere, además, la creación de empre-sas de base tecnológica.

Ricardo Galván dijo que valía la pena seguir impulsando la ciencia, la inno-vación y la tecnología a través del apoyo otorgado por entidades del gobierno morelense, en este caso particular en el ámbito de las investigaciones eléctricas.

Jorge Ham manifestó que firmar este convenio significa abrir más opciones, tener más oportunidades y más posibilidades de encontrar cosas que quizá ya se tenían y que tal vez no se habían podido desarrollar, pero que entre todos se podrá determinar cómo hacerlo y en este caso apoyándose con el IIE, conside-rando sus capacidades y el talento con los que cuenta.

Investigador del IIE publica libro sobre electrónica La misión del IIE es la de promover y apoyar la innovación mediante la in-vestigación aplicada y el desarrollo tecnológico con alto valor agregado en la industria eléctrica y entre sus objetivos se encuentra el de mantener relaciones efectivas con instituciones similares de otros países y con institutos académicos y de investigación tecnológica en el país.

Lo anterior se pone de manifiesto con el caso de Rito Mijarez Castro, investigador de la Gerencia de Control, Electrónica y Comunicaciones (GCEC), quien este año 2014 presentó un libro de su autoría, el cual está dirigido a los estudiantes de las carreras de ingeniería mecatrónica y diversas variaciones de la carrera de ingeniería electrónica de diferentes universidades del país, tomando en cuenta su experiencia como investigador en la GCEC y como maestro de cátedra en el Instituto Tecno-lógico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM) campus Cuernavaca.

Rito Mijarez afirmó que su contribución ofrece una introducción a los aspectos útiles y aplicables de la electrónica básica de una manera integral, con un enfoque práctico y con palabras que permiten hacer más entendibles los conceptos, toda vez que su propósito es proveer al lector con los conocimientos y las habilidades clave de la electrónica, comparando estos conceptos a los bloques de construcción y en-samblaje, que posteriormente le permitirán a los estudiantes realizar instrumentos útiles. Sin duda alguna, este libro ya forma parte del catálogo universitario de la editorial, para contribuir al desarrollo de México y otros países de Latinoamérica.

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Boletín IIEoctubre-diciembre-2014Artículo de investigaciónOptimal robot navigation for inspection and surveillance in electric substations

Alberto Reyes Ballesteros1, Ángel Félix2, César González2 and Eduardo Islas Pérez1

Paper originally presented at the CIGRE International Symposium, Paris, August 2012.

Abstract

In this work we use the factored Markov Decision Process (MDP) approach as an alternative to implement optimal navigation skills under uncertainty for a robot to inspect a substation installation. The main contribution in this work is that the optimization model is approxima-ted using machine learning tools. We tested our technique in a virtual substation where a robot navigates over different regions and equip-ment of different costs. After a rapid, random exploration of the environment, for all scenarios a model can be learned and solved. The deci-sions obtained in each case are reasonable, guiding the robot to the regions of high reward and avoiding regions of low reward. Our approach can be implemented using a physical robotic platform and applied to power industry for surveillance and search purposes.

1 Instituto de Investigaciones Eléctricas 2 ITESM México City Campus

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Artículo de investigación

Summary

In this work we use the factored Markov Decision Process (MDP) approach as an alternative to im-plement optimal navigation skills under uncertain-ty for a robot to inspect a substation installation. The main contribution in this work is that the op-timization model is approximated using machine learning tools. We tested our technique in a virtual substation where a robot navigates over different regions and equipment of different costs. After a rapid, random exploration of the environment, for all scenarios a model can be learned and solved. The decisions obtained in each case are reasonable, guiding the robot to the regions of high reward and avoiding regions of low reward. Our approach can be implemented using a physical robotic platform and applied to power industry for surveillance and search purposes.

Introduction

The problem of invaders and equipment fault de-tection in electric substations has recently been attacked using mobile robots carrying visible light and infrared thermograph cameras (Rui et al., 2010). The robot moves inside the substation and positions for collecting images of possible critical points. The architecture of the robot that they im-plemented for the motion system has two driven wheels and two omni-directional. To perform tasks like localization and map-building, mobile robots estimate the position based on sensing and motion using an artificial landmarks subsystem. For the communication system they used wireless commu-nication over an Ethernet channel to communicate the robot with a host PC.

One of the most important and challenging com-ponents of a mobile robot is the navigation sys-tem, a robot must be able to optimize the use of its resources while avoiding risky zones and reach inspection goals, or interest locations. In general, the solution described above is robust; however, to navigate reliably in a real environment, autonomy and rationality are always required.

An appropriate framework for this type of prob-lems is based on Markov Decision Processes, which has developed as a standard method for represent-ing uncertainty in decision theoretic planning. In

this approach the use of factored representations (Puterman, 1994) allows to specify the robot state space, the robot dynamics, and the utility assignment system very compactly by using dynamic Bayesian networks and decision trees. This specification is an approximated factored Markov Decision Model (MDP) that can be easily solved using traditional techniques (Gerkey et al., 2003) to obtain an optimal policy.

Factored markov decision processes

A Markov decision process (MDP) (Puterman, 1994) models a sequential decision problem, in which a system evolves in time and is controlled by an agent. The system dynamics is governed by a probabilistic transition function F that maps states S and actions A to new states S´. At each time, an agent receives a reward R that depends on the current state s and the applied action a. Thus, they solve the problem of finding a recommendation strategy or policy that maximizes the expected reward over time and also deals with the uncer-tainty on the effects of an action.

Formally, an MDP is a tuple M =< S,A,F,R >, where S is a finite set of states {s1,..., sn}. A is a finite set of actions for all states. F: AxSxS is the state transition function specified as a probability distribution. The probability of reaching state s´ by performing action a in state s is written as F(a,s,s´). R:SxA R is the re-ward function. R(s,a) is the reward that the agent receives if it takes action a in state s.

For the discrete discounted infinite-horizon case with any given discount fac-tor g, there is a policy p* that is optimal regardless of the starting state and that satisfies the Bellman equation [2]:

V p (s) = maxa{R(s,a) + g F(a,s,s´) V p (s´)}s ∈ S∑ (1)

Two methods for solving these equations and finding an optimal policy for an MDP are: (a) dynamic programming and (b) linear programming.

In a factored MDP (Boutilier et al., 1999), the set of states is described via a set of random variables X = {X1,...,Xn}, where each Xi takes on values in some finite domain Dom(Xi). A state s defines a value xi ∈ Dom(Xi) for each variable Xi. The transition model can be exponentially large if it is explicitly represented as matrices, however, the frameworks of dynamic Bayesian networks (DBN) (Dean and Kanazawa, 1989) and decision trees (Quinlan, 1986) give us the tools to describe the transition model and the reward function concisely.

The MDP model can be learned from data based on a random exploration in a simulated environment. We assume that the agent can explore the state space and that for each state– action cycle it can receive some immediate re-ward. Based on this random exploration, the reward and transition functions are induced.

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Boletín IIEoctubre-diciembre-2014Artículo de investigación

Optimal robot navigation using factored MDPS

In order to illustrate or technique consider the simulated environment shown in figure 1(a). In this setting goals are represented as dark-color squares with positive immediate reward (300), and non-desirable regions as light-color squares with negative reward (-300). The remaining regions in the navigation area receive a reward value of 0 (black). Rewarded regions are multi-valued and the number of rewarded squares is also variable. The robot sensor system included x-y position, angular orientation, and navigation bounds detection. The possible actions in this experiment were: go forward, clockwise rotation (right turn), counterclockwise rotation (left turn), and the null action. In or-der to simulate real motion, a 10% of Gaussian noise was added to the robot effectors. According to the general algorithm presented in this paper to learn factored models, the first stage to build a decision model is to collect samples from random exploration. Figure 1(b) illustrates the trace of the exploration performed.

The reward function mapped from data in a next step is represented as the decision tree illustrated in figure 3. There, it can be observed that reward only depends on the xy position. The reward function was obtained using Weka (Witten, 2005). Finally, to complete the decision model, the transition func-

tion is induced from data. The transition function is represented using a 2-step Bayesian net and it is induced using Elvira (Elvira Consortium, 2002). Figure 2 shows the transition function for action Goforward, and illustrates how if the robot is lo-cated at position (s0,s0) with orientation s0 (and it executes action Goforward) then, with a joint probability of 0.7 it gets the position (s1,s0) and orientation s0.

The solution of the problem is illustrated in figure 1(a) using the resulting MDP model and value iter-ation algorithm (Putermann, 1994). With the idea of using a topological representation of the envi-ronment in upcoming experiments, we expressed the policy found using a topological map (fig-ure 4). The method successfully guides the robot to move to a likely position with the highest reward. For instance, assuming that the robot has an ori-entation s2 at the position (s3, s2), the optimal ac-tion commands the robot to turn right until it gets orientation s1. In this new state, the robot simply goes forward to achieve the goal. The problem with MDP models is that they value the quality of sen-sor information in a sound way.

Figure 2. Transition model for the Action 0: Go forward. If the robot is lo-cated at position (s0, s0) with orientation s0 then it gets the position (s1,s0) with orientation s0 after executing action 0: Go forward. The joint probability of this transition is 0.7.

Figure 1. a) Continuous navigation space. b) Ex-ploration trace.

b)

a)

167

Artículo de investigación

Tools for robot simulation and virtual substation design

The Player-Stage tool

Player is a network server for robot control that pro-vides a clean and simple interface to robot sensors and actuators over the IP network. In this tool, a client program talks to Player over a TCP socket to allow reading data from sensors, writing commands to actuators, and configuring devices on the fly.

Player supports a variety of robot hardware, such as the ActivMedia Pioneer 2 or the RWI platform, however several other robots and many common sensors are also supported. Player runs on Linux (PC and embedded), Solaris and *BSD, and it is designed to be language and platform independent. The client program can run on any machine that has a network connection to the robot, and it can be written in any language that supports TCP sockets.

Player makes no assumptions about how to struc-ture the robot control programs so that a client can be a highly concurrent multi-threaded program or a simple read-think-act loop. Player is also designed to support virtually any number of clients. Any cli-ent can connect to and read sensor data from (and even write motor commands to) any instance of Player on any robot. Aside from distributed sensing

for control, Player can also be used for monitoring experiments. The behavior of the server itself can also be configured on the fly.

Stage is a robot simulator that provides a virtual world populated by mobile robots and sensors, along with various objects for the robots to sense and ma-nipulate. Stage is designed to support research into multi-agent autonomous systems, so it provides fairly simple, computationally cheap models of lots of devices rather than attempting to emulate any device with great fidelity. Stage

Figure 4. Simplified resulting policy on an equivalent discrete topological map. Assuming that the robot has an orientation s2 at the position (s3, s2), the optimal action commands the robot to turn right until it gets orientation s1. In this new state, the robot simply goes forward to achieve the goal.

Figure 3. Reward model for the simulated navigation area.

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Boletín IIEoctubre-diciembre-2014Artículo de investigación

is intended to be just realistic enough to enable users to move controllers be-tween Stage robots and real robots, while still being fast enough to simulate large populations. Player also contains several useful ‘virtual devices’; including some sensor pre-processing or sensor-integration algorithms to help rapidly build powerful robot controllers. Figure 5 shows a couple of virtual objects modeled using the Stage tool.

A more detailed description about the player-stage tool can be found in Ger-key et al., 2003.

SiDSED: A system for designing electrical distribution substations

In the IIE we are using virtual reality tools to develop three-dimensional en-vironments with application in the electrical sector (Islas et al., 2004). One of these systems is the creation of virtual electrical substations to facilitate the de-sign process of new substations (Islas et al., 2010). In this paper we are propos-

ing the application of virtual substations to prove new control and navigation algorithms for virtual and physical robots. These substations are designed using different abstraction levels: the first level con-sists of building blocks of basic elements, such as transformers, high-voltage circuit-breakers, light-ning rods, structures, foundations, duct banks, etc. In the second level are the building blocks that are formed by elements of the first level, for instance, the transformer-perch building block is composed by a transformer, a transition perch, foundations, and groundings. The H structure with disconnect switches is formed by an H structure, disconnect switches, a motoperator, foundations and ground-ing. Finally, the third level is formed by building blocks in the most superior abstraction level, for example: line bay, transformer bay, control room, edge wall, etc.

Substations design

We can see in figure 6 an example of an H arrange-ment virtual substation which is the most used configuration. It was built using mainly the ele-ments from the third level of abstraction.

Nowadays we have a library of almost a hundred of building blocks in the first level of abstraction, 20 elements in the second level and 10 in the most su-perior and complex level of abstraction. Addition-ally three substations with different arrangements were developed (H, ring and main bus). With the building blocks library we can design many other arrangements as well as generating fully new sub-station designs for electrical distribution. Therefore we can develop different configurations in order to prove new algorithms for control and navigation of robots.

Experimental results

We built a simulated robot immersed in a virtual world using the Player Stage tool. The MDP con-troller was developed in matlab using a special toolbox for dynamic programming. In this imple-mentation states are physical locations in the sub-station, and the possible actions are orthogonal movements to the right, left, up or down. The risky zones and inspection areas are associated to an op-timization function that leads the robot through-out convenient navigation paths.

Figure 5. Virtual objects modelled using Stage: An ActivMe-dia Pioneer 2 virtual model (left) and a virtual 2.5D navigation world (right).

Figure 6. H Arrangement for an Electrical Substation.

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Artículo de investigación

We compared this technique with the wander algo-rithm (similar to the one used in Rui et al., 2010) and notice that the utility increases exponential and progressively, and it is steady when the robot achieves the inspection area. The wander algorithm never reaches the maximum value for utility. See figure 8.

Conclusions and future work

We plan to implement these features in a Pionner2 robot and extend the MDP models to deal with partially observable environments. In this way, the robot system will be much more effective in rea-soning about the uncertainty in the belief state and employ the extended-range sensing action when deemed necessary. One of the original motivations of this work has been its application to surveillance, search and monitoring tasks in indoor radiated ar-eas of nuclear power plants. With these techniques, it is possible to guide robot navigation maximiz-ing safety, minimizing risk, minimizing execution time, all under an uncertain world.

We plan to add surveillance and inspection rou-tines under an optimization framework using a multiagent approach.

Some of the benefits obtained with the use of vir-tual environments are related mainly with cost savings through using the virtual environments as tools to prove control and navigation algorithms and verifying the algorithms before downloading in real robots.

Figure 7. Virtual scaled environment. 3D substation model (left) , 2D robot approaching the high power transformer (center), 2.5D robot approaching the high power transformer (right).

Bibliography

Rui G., Lei H., Yong S., Mingrui W.. A Mobile Robot for Inspection of Substation Equipments., Proc of the 1st International Conference on Applied Robotics for the Power Industry (CARPI-2010), Montreal, 2010.

Puterman M. Markov Decision Processes. New York: Wiley, 1994.

Gerkey B., Richard T. and Howard A. The Player/Stage Project: Tools for Multi-Robot and Distri-buted Sensor Systems. In Proceedings of the 11th International Conference on Advanced Robotics (ICAR 2003), pages 317-323, Coimbra, Portugal, June 2003.

Boutilier C., Dean T. and Hanks S. Decision-theoretic planning: structural assumptions and computa-tional leverage. Journal of AI Research, vol. 11, pp. 1–94, 1999.

Figure 8. Utility value function for a robot using an MDP controller and a wander algorithm.

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Boletín IIEoctubre-diciembre-2014Artículo de investigación

Dean T. and Kanazawa K. A model for reasoning about persistence and causation. Computational Intelligence, vol. 5, pp. 142–150, 1989.

Darwiche A. and G. M. Action networks: A framework for reasoning about actions and change under understanding. In Proceedings of the Tenth Conf. on Uncertainty in AI, UAI 94, Seattle, WA, USA, 1994, pp. 136–144.

Islas E., Zabre E. and Pérez M. Evaluación de herramientas de hardware y software para el desarrollo de aplicaciones de realidad virtual. Boletín IIE, vol. 28, pp. 61-67, Apr-Jun 2004.

Islas E., Bahena J., Romero J. and Molina M. Design and costs estimation of electrical substations based on three-dimensional building blocks. 6th International Symposium on Visual Computing, 2010.

Quinlan J. R. Induction of decision trees. Machine Learning, 1(1):81–106, 1986.

Elvira Consortium. Elvira: an environment for creating and using probabilistic graphical models. Technical report, U. de Granada, Spain, 2002.

Witten I. H. Data Mining: Practical Machine Learning Tools and Techniques with Java Implementations, 2nd Ed. Morgan Kaufmann, USA, 2005.

ALBERTO REYES BALLESTEROS [areyes@iie.org.mx]

Doctor en Ciencias de la Computación por el ITESM Cuernavaca. Maestro en Inteligencia Arti-ficial por el LANIA y la Universidad Veracruzana. Ingeniero Mecánico Electricista por la Univer-sidad Veracruzana. Ingresó al Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) en 1990 a la División de Estudios de Ingeniería. En 2009 realizó una estancia posdoctoral en el Instituto Superior Técnico de la Universidad Técnica de Lisboa en Portugal. Su área de especialidad se relaciona con el desa-rrollo de sistemas inteligentes para el sector de energía. Su actividad principal se enfoca a procesos de generación de electricidad con fuentes renovables y convencionales de energía, y robótica para el sector eléctrico. Ha desarrollado tecnologías para la predicción de la generación y el apoyo a la toma de decisiones de operación para su aplicación en el sector eléctrico. Actualmente trabaja en predicción de la generación eólica y optimización de la compra-venta de energía mediante técnicas de inteligencia artificial. Es autor de varios artículos nacionales e internacionales, capítulos de li-bro, así como de registros de derechos de autor otorgados. Ha recibido diversas distinciones nacio-nales e internacionales y se ha desempeñado como docente en diversas universidades a nivel local y nacional. Ha dirigido tesis a nivel profesional y posgrado en diversas universidades mexicanas y extranjeras. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), nivel 1, y de la Sociedad Mexicana de Inteligencia Artificial (SMIA).

EDUARDO ISLAS PÉREZ [eislas@iie.org.mx]

Maestro en Ciencias Computacionales con especialidad en In-teligencia Artificial por la Facultad de Física de la Universidad Veracruzana y el Laboratorio de Informática Avanzada en el año 2000. Ingeniero Industrial en Eléctrica por el Instituto Tecnoló-gico de Pachuca en 1992. Realizó una estancia en la Universidad de Auburn en Alabama para el desarrollo de su tesis de Maestría en el año 2000.

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Reseña 2014

Índice por temaEficiencia económica del sector energético

Conversión de centrales de combustóleo a otros combustibles. Proyectos esenciales para mejorar la eficiencia económica en generación / Conversion of fuel oil plants to other fuels. Essen-tial projects to improve economic efficiency in generationBoletín IIE, año 38, núm. 1, enero-marzo de 2014, pp. 8-15.Carlos Alberto Mariño López, Rogelio Franco López, José Miguel González Santaló.

Evaluación de arreglos para cogeneración / Assessment of co-generation arrangementsBoletín IIE, año 38, núm. 1, enero-marzo de 2014, pp. 16-27.Agustín Moisés Alcaraz Calderón, José Miguel González Santa-ló, David Alberto Morales Olivas, Horacio Jesús García, Eduardo Adolfo García Valenzuela y Érika Yazmín Salguero Neri.

Reducción de emisiones de GEI en el sector eléctrico: ¿reno-vables o combustibles fósiles y energía nuclear? / Reduction of GHG emissions in the electricity sector: renewable or fossil fuels and nuclear energy?Boletín IIE, año 38, núm. 1, enero-marzo de 2014, pp. 39-44.David Castrejón Botello.

Resumen de trabajos realizados por el IIE y su impacto en el sector energético a nivel nacional / Summary of IIE works and its impact in the national energy sectorBoletín IIE, año 38, núm. 1, enero-marzo de 2014, pp. 2-7.José Manuel Franco Nava y Agustín Moisés Alcaraz Calderón.

El IIE presente en la transformación energética de México

Análisis de confiabilidad de una planta de fuerza / Reliability analysis of a power plantBoletín IIE, año 38, núm. 2, abril-junio de 2014, pp. 80-88.Ramón Sánchez Sánchez, Manuel Francisco Fernández Montiel, Eder Uriel Martínez Sandoval y Roberto Valdez Vargas.

CO2 antropogénico en la atmósfera: el impacto de la deman-da de energía / Anthropogenic CO2 in the atmosphere: an im-pact of energy demandBoletín IIE, año 38, núm. 2, abril-junio de 2014, pp. 66-69.Mahendra P. Verma.

Conexión a tierra del neutro de los generadores en plantas petroquímicas / Generator neutral grounding in petrochemi-cal plantsBoletín IIE, año 38, núm. 2, abril-junio de 2014, pp. 70-75.Job García Paredes y Gabriel García Gaona.

El ecosistema nacional de fondos para la innovación y los be-neficios para la investigación científica y el desarrollo tecno-lógico / The national funds ecosystem for innovation and the benefits for scientific research and technological developmentBoletín IIE, año 38, núm. 2, abril-junio de 2014, pp. 48-56.Eva Zaragoza Flores.

Sistema de Apoyo para la Calibración de Instrumentos de Protecciones (SACIP) / Support System for the Calibration of Protections´s InstrumentsBoletín IIE, año 38, núm. 2, abril-junio de 2014, pp. 57-65.Javier Moreno Román, Daniel Iván Zamorano Acosta, María Anto-nieta Solano Cuadros, Cindy Delgado Solís, Luis Fernando Sánchez Berrelleza, Marco Vinicio González Gómez.

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Reseña Anual 2014

Gestión de activos: procesos inteligentes para mejorar la competitividad del sector eléctrico

A comparison of the PDIV characteristics of ester and min-eral oils / Comparación de la tensión de inicio de descargas parciales en aceites minerales y ésteresBoletín IIE, año 38, núm. 3, julio-septiembre de 2014, pp. 123-132. Carlos Gustavo Azcárraga Ramos, Andrea Cavallini y Ugo Piovan.

Nanotecnología aplicada al monitoreo en línea del aislamien-to de equipo eléctrico de potencia / Applied nanotechnology on electrical insulation assessmentBoletín IIE, año 38, núm. 3, julio-septiembre de 2014, pp. 100-106. Leonardo Rejón García y Roberto Santana Martínez Betancourt.

Procedimientos de evaluación de la condición de transforma-dores de potencia y subestaciones aisladas en gas / Condition assessment procedures for power transformers and gas insula-ted substationsBoletín IIE, año 38, núm. 3, julio-septiembre de 2014, pp. 107-113. Carlos Gustavo Azcárraga Ramos, Roberto Liñán García, José Armando Nava Guzmán y José Tomás Ramírez Niño.

Simulación con enfoque multifísico como apoyo a la compe-titividad del sector eléctrico. Aplicación a equipos eléctricos de potencia / Multiphysics simulation approach to support the competitiveness of the electricity sector. Application to electric power equipmentBoletín IIE, año 38, núm. 3, julio-septiembre de 2014, pp. 92-99. Hermenegildo Octavio de la Torre Vega, Jacobo Saynes Bartolo y David Ponce Noyola.

Robots de inspección aplicados en el sector eléctrico

Aplicación de robótica para inspección y evaluación de com-ponentes en una central eléctrica / Robotics application for inspection and evaluation of components in a power plantBoletín IIE, año 38, núm. 4, octubre-diciembre de 2014, pp. 144-147.Rodolfo Muñoz Quezada, José Antonio Carnero Parra y Raymundo Artis Espriú.

Condiciones necesarias para la eliminación de corridas de prueba durante el balanceo de rotores flexibles / Require-ments for the removal of trial runs during balancing of flexi-ble rotorsBoletín IIE, año 38, núm. 4, octubre-diciembre de 2014, pp. 154-161.Eduardo Preciado Delgado.

Evaluación del desempeño de centrales turbogas durante la puesta en servicio / Performance evaluation of turbo gas power plants during commissioningBoletín IIE, año 38, núm. 4, octubre-diciembre de 2014, pp. 148-153.Norberto Pérez Rodríguez, Erik Rosado Tamariz, Carlos Alberto Mariño López.

Optimal robot navigation for inspection and surveillance in electric substations / Navegación óptima del robot para la in-spección y la vigilancia en subestaciones eléctricasBoletín IIE, año 38, núm. 4, octubre-diciembre de 2014, pp. 164-170.Alberto Reyes Ballesteros, Ángel Félix, César González y Eduardo Islas Pérez.

Robótica aplicada al sector eléctrico / Applied robotics to the electric power sectorBoletín IIE, año 38, núm. 4, octubre-diciembre de 2014, pp. 136-143.Dulce María Heredia Guzmán, Alberto Reyes Ballesteros, Ángel Ernesto Gómez Sánchez y Miguel Ángel Palacios Alonso.

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Reseña Anual 2014

Certificación de cogeneradores eficientes / Efficient cogenera-tion certificationBoletín IIE, año 38, núm. 1, enero-marzo de 2014, pp. 33-34.Gaudencio Ramos Niembro.

Diagnóstico en sitio de subestaciones aisladas en gas y cables de energía de alta tensión / On-site diagnosis of gas insulated substations and power cablesBoletín IIE, año 38, núm. 3, julio-septiembre de 2014, pp. 118-120.Carlos Gustavo Azcárraga Ramos.

Eficiencia energética de motores y generadores eléctricos / En-ergy efficiency of electric motors and generators Boletín IIE, año 38, núm. 3, julio-septiembre de 2014, pp. 121-122.Francisco Antonio Carvajal Martínez.

El concepto de energía útil para evaluar el desempeño de sis-temas de cogeneración / The useful energy concept for the eva-luation of energy conceptsBoletín IIE, año 38, núm. 1, enero-marzo de 2014, pp. 35-36.Abigail González Díaz y José Miguel González Santaló.

Breves técnicasEstimación del potencial de generación eléctrica de los Sis-temas Geotérmicos Mejorados (SGM) en México / Potential electric generation estimation of Enhanced Geothermal Sys-tems (EMS) in MexicoBoletín IIE, año 38, núm. 2, abril-junio de 2014, pp. 78-79.Eduardo Roberto Iglesias Rodríguez.

Evaluación del potencial de microcogeneración en el CENAM / Microcogeneration evaluation at CENAMBoletín IIE, año 38, núm. 1, enero-marzo de 2014, pp. 37-38.Gaudencio Ramos Niembro.

Gerencia de Proyectos de Ingeniería / Engineering Project ManagementBoletín IIE, año 38, núm. 1, enero-marzo de 2014, pp. 30-32.Ricardo Curiel Yong, José Manuel Franco Nava y José Francisco Al-barrán Núñez.

Mantenimiento de activos basado en condición / Condition based maintenance for electrical equipmentBoletín IIE, año 38, núm. 3, julio-septiembre de 2014, pp. 116-117.Leonardo Rejón García.

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Reseña Anual 2014

AAlcaraz Calderón Moisés AgustínGerencia de Turbomaquinaria

• Evaluación de arreglos para cogeneración / Assessment of cogeneration arrangementsBoletín IIE, año 38, núm. 1, enero-marzo de 2014, pp. 16-27.

• Resumen de trabajos realizados por el IIE y su impacto en el sector energético a nivel nacional / Summary of IIE works and its impact in the national energy sectorBoletín IIE, año 38, núm. 1, enero-marzo de 2014, pp. 2-7.

Artis Espriú RaymundoGerencia de Materiales y Procesos QuímicosAplicación de robótica para inspección y evaluación de componentes en una cen-tral eléctrica / Robotics application for inspection and evaluation of components in a power plantBoletín IIE, año 38, núm. 4, octubre-di-ciembre de 2014, pp. 144-147.

Azcárraga Ramos Carlos GustavoGerencia de Equipos Eléctricos

• A comparison of the PDIV characteristics of ester and mineral oils / Comparación de la tensión de inicio de descargas parciales en aceites minerales y ésteresBoletín IIE, año 38, núm. 3, julio-sep-tiembre de 2014, pp. 123-132.

• Procedimientos de evaluación de la condición de transformadores de potencia y subestaciones aisladas en gas / Condition assessment procedures for power transformers and gas insulated substationsBoletín IIE, año 38, núm. 3, julio-sep-tiembre de 2014, pp. 107-113.

CCarnero Parra José AntonioGerencia de TurbomaquinariaAplicación de robótica para inspección y evaluación de componentes en una cen-tral eléctrica / Robotics application for inspection and evaluation of components in a power plantBoletín IIE, año 38, núm. 4, octubre-di-ciembre de 2014, pp.144-147.

Castrejón Botello DavidGerencia de Gestión Integral de ProcesosReducción de emisiones de GEI en el sector eléctrico: ¿renovables o combustibles fósiles y energía nuclear? / Reduction of GHG emissions in the electricity sector: renewable or fossil fuels and nuclear energy?Boletín IIE, año 38, núm. 1, enero-marzo de 2014, pp. 39-44.

DDe la Torre Vega Hermenegildo OctavioGerencia de Equipos EléctricosSimulación con enfoque multifísico co-mo apoyo a la competitividad del sector eléctrico. Aplicación a equipos eléctricos de potencia / Multiphysics simulation approach to support the competitiveness of the electricity sector. Application to electric power equipmentBoletín IIE, año 38, núm. 3, julio-sep-tiembre de 2014, pp. 92-99.

FFernández Montiel Manuel FranciscoGerencia de Comercialización y Desarrollo de NegociosAnálisis de confiabilidad de una plan-ta de fuerza / Reliability analysis of a power plantBoletín IIE, año 38, núm. 2, abril-junio de 2014, pp. 80-88.

Franco Nava José ManuelGerencia de TurbomaquinariaResumen de trabajos realizados por el IIE y su impacto en el sector energético a ni-vel nacional / Summary of IIE works and its impact in the national energy sectorBoletín IIE, año 38, núm. 1, enero-marzo de 2014, pp. 2-7.

GGarcía Gaona GabrielGerencia de Equipos EléctricosConexión a tierra del neutro de los genera-dores en plantas petroquímicas / Generator neutral grounding in petrochemical plantsBoletín IIE, año 38, núm. 2, abril-junio de 2014, pp. 70-75.

García Paredes JobGerencia de Equipos EléctricosConexión a tierra del neutro de los gene-radores en plantas petroquímicas / Gene-rator neutral grounding in petrochemical plantsBoletín IIE, año 38, núm. 2, abril-junio de 2014, pp. 70-75.

Gómez Sánchez Ángel ErnestoGerencia de Control, Electrónica y ComunicacionesRobótica aplicada al sector eléctrico / Applied robotics to the electric power sectorBoletín IIE, año 38, núm. 4, octubre-di-ciembre de 2014, pp. 136-143.

González Santaló José MiguelDivisión de Sistemas Mecánicos

• Conversión de centrales de combus-tóleo a otros combustibles. Proyectos esenciales para mejorar la eficiencia económica en generación / Conversion of fuel oil plants to other fuels. Essential projects to improve economic efficiency in generationBoletín IIE, año 38, núm. 1, enero-marzo de 2014, pp. 8-15.

Índice por autor

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Reseña Anual 2014

• Evaluación de arreglos para coge-neración / Assessment of cogeneration arrangementsBoletín IIE, año 38, núm. 1, enero-marzo de 2014, pp. 16-27.

HHeredia Guzmán Dulce MaríaGerencia de Planeación, Gestión Estratégi-ca y TecnológicaRobótica aplicada al sector eléctrico / Applied robotics to the electric power sectorBoletín IIE, año 38, núm. 4, octubre-di-ciembre de 2014, pp.136-143.

IIslas Pérez EduardoGerencia de Gestión Integral de ProcesosOptimal robot navigation for inspection and surveillance in electric substations / Navegación óptima de un robot para la inspección y la vigilancia en subesta-ciones eléctricasBoletín IIE, año 38, núm. 4, octubre-di-ciembre de 2014, pp.164-170.

LLiñán García RobertoGerencia de Equipos EléctricosProcedimientos de evaluación de la condición de transformadores de potencia y subestaciones aisladas en gas / Condition assessment procedures for power transformers and gas insulated substationsBoletín IIE, año 38, núm. 3, julio-sep-tiembre de 2014, pp. 107-113

MMariño López Carlos AlbertoGerencia de Turbomaquinaria

• Conversión de centrales de combus-tóleo a otros combustibles. Proyectos esenciales para mejorar la eficiencia económica en generación / Conversion of fuel oil plants to other fuels. Essential projects to improve economic efficiency in generation

Boletín IIE, año 38, núm. 1, enero-marzo de 2014, pp. 8-15.

• Evaluación del desempeño de centrales turbogas durante la puesta en servicio / Performance evaluation of turbo gas power plants during commissioningBoletín IIE, año 38, núm. 4, octubre-di-ciembre de 2014, pp. 148-153.

Martínez Betancourt Roberto SantanaGerencia de Equipos EléctricosNanotecnología aplicada al monitoreo en línea del aislamiento de equipo eléctrico de potencia / Applied nanotechnology on electrical insulation assessmentBoletín IIE, año 38, núm. 3, julio-sep-tiembre de 2014, pp. 100-106.

Moreno Román JavierGerencia de Gestión Integral de ProcesosSistema de Apoyo para la Calibración de Instrumentos de Protecciones (SACIP) / Support System for the Calibration of Protections´s InstrumentsBoletín IIE, año 38, núm. 2, abril-junio de 2014, pp. 57-65.

Muñoz Quezada RodolfoGerencia de TurbomaquinariaAplicación de robótica para inspección y evaluación de componentes en una cen-tral eléctrica / Robotics application for inspection and evaluation of components in a power plantBoletín IIE, año 38, núm. 4, octubre-di-ciembre de 2014, pp.144-147.

NNava Guzmán José ArmandoGerencia de Equipos EléctricosProcedimientos de evaluación de la condición de transformadores de potencia y subestaciones aisladas en gas / Condition assessment procedures for power transformers and gas insulated substationsBoletín IIE, año 38, núm. 3, julio-sep-tiembre de 2014, pp.107-113

PPérez Rodríguez NorbertoGerencia de Comercialización y Desarrollo de NegociosEvaluación del desempeño de centrales turbogas durante la puesta en servicio / Performance evaluation of turbo gas power plants during commissioningBoletín IIE, año 38, núm. 4, octubre-di-ciembre de 2014, pp.148-153.

Ponce Noyola DavidGerencia de Equipos EléctricosSimulación con enfoque multifísico co-mo apoyo a la competitividad del sector eléctrico. Aplicación a equipos eléctricos de potencia / Multiphysics simulation approach to support the competitiveness of the electricity sector. Application to electric power equipmentBoletín IIE, año 38, núm. 3, julio-sep-tiembre de 2014, pp. 92-99.

Preciado Delgado EduardoGerencia de TurbomaquinariaCondiciones necesarias para la eliminación de corridas de prueba durante el balanceo de rotores flexibles / Requirements for the removal of trial runs during balancing of flexible rotorsBoletín IIE, año 38, núm. 4, octubre-di-ciembre de 2014, pp.154-161.

RRamírez Niño José TomasGerencia de Equipos EléctricosProcedimientos de evaluación de la condición de transformadores de potencia y subestaciones aisladas en gas / Condition assessment procedures for power transformers and gas insulated substationsBoletín IIE, año 38, núm. 3, julio-sep-tiembre de 2014, pp.107-113.

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Reseña Anual 2014

Rejón García LeonardoGerencia de Equipos EléctriosNanotecnología aplicada al monitoreo en línea del aislamiento de equipo eléctrico de potencia / Applied nanotechnology on electrical insulation assessmentBoletín IIE, año 38, núm. 3, julio-sep-tiembre de 2014, pp. 100-106.

Reyes Ballesteros AlbertoGerencia de Control, Electrónica y Comunicaciones

• Optimal robot navigation for inspection and surveillance in electric substations / Navegación óptima de un robot para la inspección y la vigilancia en subestaciones eléctricasBoletín IIE, año 38, núm. 4, octubre-di-ciembre de 2014, pp.164-170.

• Robótica aplicada al sector eléctrico / Applied robotics to the electric power sectorBoletín IIE, año 38, núm. 4, octubre-di-ciembre de 2014, pp.136-143.

Rosado Tamariz ErikGerencia de Ingeniería CivilEvaluación del desempeño de centrales turbogas durante la puesta en servicio / Performance evaluation of turbo gas power plants during commissioningBoletín IIE, año 38, núm. 4, octubre-di-ciembre de 2014, pp.148-153.

SSalguero Neri Érika YazmínGerencia de Procesos TérmicosEvaluación de arreglos para cogene-ración / Assessment of cogeneration arrangementsBoletín IIE, año 38, núm. 1, enero-marzo de 2014, pp. 16-27.

Sánchez Sánchez RamónDivisión de Sistemas MecánicosAnálisis de confiabilidad de una plan-ta de fuerza / Reliability analysis of a power plantBoletín IIE, año 38, núm. 2, abril-junio de 2014, pp. 80-88.

Saynes Bartolo JacoboGerencia de Equipos EléctricosSimulación con enfoque multifísico co-mo apoyo a la competitividad del sector

eléctrico. Aplicación a equipos eléctricos de potencia / Multiphysics simulation approach to support the competitiveness of the electricity sector. Application to electric power equipmentBoletín IIE, año 38, núm. 3, julio-sep-tiembre de 2014, pp. 92-99.

Solano Cuadros María AntonietaGerencia de Gestión Integral de ProcesosSistema de Apoyo para la Calibración de Instrumentos de Protecciones (SACIP) / Support System for the Calibration of Protections´s InstrumentsBoletín IIE, año 38, núm. 2, abril-junio de 2014, pp. 57-65.

VVerma P. MahendraGerencia de GeotermiaCO2 antropogénico en la atmósfera: el impacto de la demanda de energía / Anthropogenic CO2 in the atmosphere: an impact of energy demandBoletín IIE, año 38, núm. 2, abril-junio de 2014, pp. 66-69.

ZZamorano Acosta Daniel IvánGerencia de Gestión Integral de ProcesosSistema de Apoyo para la Calibración de Instrumentos de Protecciones (SACIP) / Support System for the Calibration of Protections´s InstrumentsBoletín IIE, año 38, núm. 2, abril-junio de 2014, pp. 57-65.

Zaragoza Flores EvaGerencia de Comercialización y Desarrollo de NegociosEl ecosistema nacional de fondos para la innovación y los beneficios para la inves-tigación científica y el desarrollo tecno-lógico / The national funds ecosystem for innovation and the benefits for scientific research and technological developmentBoletín IIE, año 38, núm. 2, abril-junio de 2014, pp. 48-56.