El presente proyecto busca la realización de tres nuevos productos electrónicos. En primer lugar, un nuevo sistema de alumbrado público ecoamigable e inteligente, que no solo permite iluminación, sino que además haga posible el acceso a internet de alta velocidad mediante luminaria Led-LiFi. Este sistema integrará paneles solares y baterías a la red eléctrica. Asimismo, podrá ser utilizado en postes de alumbrado (50-100 w) como en bibliotecas universitarias (1.5 kw). En segundo lugar, una microred DC inteligente de 9 kw contralada por un sistema SCADA que permita el óptimo consumo energético en edificios rurales y urbanos. El sistema integrará paneles solares, baterías y luminaria LED. El objetivo es tener consumo anual promedio cero controlable mediante un sistema SCADA y nuevas estructuras electrónicas. En tercer lugar, una nueva terma eléctrica basada en principio de calentamiento por inducción. Este equipo será competencia directa con la terma a gas, debido a su alta velocidad en el calentamiento del agua, pero emitirá menos emisiones de CO2 y tendrá bajo costo. Además, tendrá una eficiencia energética mucho menor que las termas eléctrica actuales. Aparte, se estima tener un calentamiento de agua en segundos con solo 500 w. Resulta pertinente precisar que los tres sistemas eléctricos deberán tener una alta durabilidad, perfomance y eficiencia energética. Con estos productos, se pretende generar 1 patente, 4 artículos científicos a nivel journal, 2 tesis de doctorado, 2 tesis de pregrado. Por último, las plantas pilotos serán instaladas en el campus de la UNI para mostrar su factibilidad. Adicionalmente, se realizarán en cooperación con los Laboratorios Laplace y LAAS de Toulouse, Francia. Ello con la potencialidad de ser comercializados por la empresa TERMOINOX S.A.C. de Arequipa.

Las microeléctricas DC son una solución viable para el óptimo consumo energético y la disminución de emisión de gases de efecto invernadero, debido a que permiten la integración de luminaria LED, energías renovables y banco de baterías al sistema eléctrico. A nivel mundial, se estudia el desarrollo de soluciones que permitan la integración de estos sistemas en edificaciones y alumbrado público (particularmente, la tecnología LiFi). Estos sistemas eléctricos son controlados por convertidores electrónicos que presentan características muy limitadas en eficiencia y durabilidad (en promedio, 2 años) en comparación con los paneles solares (25 años) y luminaria LED (10 años). Esto se debe a que los convertidores electrónicos utilizan condensadores electrolíticos para el filtrado de armónicos de baja frecuencia presentes en la corriente en el lado DC. Sin embargo, estos condensadores tienen una taza de durabilidad muy baja (en promedio, de 2 años) y, además, los armónicos en baja frecuencia (el doble de la frecuencia de la red) no pueden ser filtrados en su totalidad, pues para ello se requieren valores de capacitancia e inductancia muy grandes, que no son comerciales. Este rizado en la corriente a baja frecuencia genera las siguientes problemáticas:

• Disminución de la eficiencia de la potencia entregada de los paneles solares.
• Pérdidas en las baterías, lo cual afecta la eficiencia y la durabilidad de las mismas.
• Flicker en la luminaria LED, lo cual afecta la eficacia y la durabilidad de las mismas. Esto es, particularmente, crítico en LED-LiFi, debido que puede afectar el funcionamiento de la comunicación de alta velocidad, lo cuale es una tecnología en estudio para su integración en edificios y alumbrados públicos.
• Aumento de volumen y peso de los convertidores.

Por otro lado, en edificaciones, se utilizan termas eléctricas que no son eficientes en el consumo de energía o termas que utilizan gas, que no es posible controlar su eficiencia energética y generan una gran cantidad de CO2.

Por tanto, para mejorar la eficiencia y durabilidad en las microredes eléctricas se requiere lo siguiente:

• Mejorar los convertidores electrónicos de estos sistemas.
• Reemplazar las tecnologías de termas por soluciones energéticamente eficientes.

Ante ello, este proyecto busca desarrollar tres nuevos productos que integren microredes DC, conformadas por luminaria LED, paneles y banco de baterías, que interactúan con el sistema eléctrico (monofásico y trifásico) y superan las limitaciones anteriormente descritas. Los convertidores de uno y dos etapas de conversión serán analizados. Estos equipos son los siguientes:

• Un convertidor electrónico AC-DC monofásico que filtre los armónicos de baja de frecuencia que afectan el funcionamiento de paneles, baterías y luminaria LED-LiFi. Este sistema será validado en un sistema alumbrado público de 100 w. Para esta estructura, los convertidores de 1 y 2 etapas de conversión serán analizados para comparar sus performances.
• Una microred DC de 3 kw interactiva con la red trifásica y que integre un sistema SCADA para el consumo promedio cero. Para ello, se desarrollará un nuevo convertidor electrónico. Para esta estructura, los convertidores de 1 y 2 etapas de conversión serán analizados para comparar sus performances.
• Una terma eléctrica de 1 kw basada en el sistema de calentamiento por inducción y que pueda integrarse a la microred DC, aprovechando la salida DC de estos sistemas. Esta terma deberá ofrecer performances superiores a la terma eléctrica a base de resistencias (se estima tener un calentamiento de agua en sólo 30 segundos) y una considerable mayor eficiencia energética que las termas a gas, con mucho menos emisión de gases de efecto invernadero.

El sistema SCADA deberá optimizar el consumo energético y garantizar alta durabilidad de las baterías. Asimismo, se deberán analizar baterías y supercondensadores para la microred. Además de ello, diferentes protocolos de comunicación.

A nivel mundial, existe una tendencia en la disminución de gases de efecto invernadero. Por ello, el desarrollo de tecnologías energéticas ecoamigables que integren luminaria LED, fuentes de energías renovables (como paneles solares) y baterías a la red eléctrica es una área prioritaria de investigación y desarrollo, así como el desarrollo de nuevas soluciones que mejoren la eficiencia energética de los sistemas de aprovechamiento térmicos que se utilizan en las edificaciones, particularmente, las termas eléctricas.

Este proyecto plantea la contribución teórica y práctica en tres sistemas eléctricos:

• Sistemas de alumbrado público, mediante la integración de luminaria LiFi y energías renovables en un solo sistema. La luminaria LED-LiFi permite obtener tasas de velocidad de datos mucho más altas del WiFi. El objetivo es que estos sistemas se utilicen para postes de alumbrado público en la ciudad pero también en las bibliotecas nacionales. Para asegurar su inserción al mercado, se desarrolla toda la parte electrónica, la cual deberá asegurar una alta durabilidad de la luminaria LED-LiFi y del convertidor. Para ello, se desarrollarán y validarán la técnica de filtrado activo propuesta por el coinvestigador.
• Nueva tecnología de terma eléctrica que se integre a microredes DC. Las tecnologías actuales son termas eléctricas resistivas y a gas. Las primeras pueden demorar hasta 1 hora en calentar el agua (las de carga lenta) y las de calentado rápido tienen picos de potencia que pueden llegar hasta 9 kw. Por tanto, son muy pobres a nivel de eficiencia energética. Las termas a gas son mejores a nivel de costos y tiempos de calentamiento, pero pobres a nivel de eficiencia energética y generan una alta tasa de CO2. Este proyecto contribuirá al desarrollo de terma que combine el bajo costo y alta velocidad de las termas a gas, pero con la característica de que sea eléctrica. Para ello, se propone una terma eléctrica, pero utilizando el principio de calentamiento por inducción. Esta terma podrá ser conectada a una microred DC y ser contralada por un sistema SCADA.
• Nuevas tecnologías de convertidores electrónicos para microredes eléctricas DC. El aporte de este proyecto contribuirá al desarrollo de 2 nuevas tecnologías de convertidores trifásicos basados en una estructura Dual Active Bridge Resonante, serie de una sola etapa de conversión. Para ello, se mejorará la estructura propuesta, superando sus limitaciones.

En general, el aporte de este proyecto radica en proponer nuevas tecnologías que mejoren las performances de microredes DC desde el punto de vista de eficiencia energética y durabilidad.

Finalmente, el proyecto desarrollará toda la tecnología íntegramente en el Perú, permitiendo la formación profesional de muy alto nivel con la realización de 3 tesis de doctorado, 2 tesis de pregrado, 4 publicaciones en journal y 3 patentes.

Modalidad de proyecto: Proyecto de investigación multidisciplinario

Son propuestas de investigación aplicada o desarrollo tecnológico con objetivos y actividades multidisciplinarias. Participan, por lo menos, dos grupos de investigación de diversas disciplinas, ya sea de la misma o de diferente entidad.

Los proyectos deben ser presentados de manera asociativa (con una o más entidades asociadas).

La conformación mínima es la siguiente:

• Un investigador principal
• Dos coinvestigadores (uno por cada grupo de investigación)
• Dos tesistas de posgrado
• Un gestor tecnológico
• Un coordinador administrativo

Nota: se debe contar con la participación de, por lo menos, un investigador de una institución proveniente de alguna región del interior del país.

Tipo de proyecto: Investigación aplicada

Subsector: Energía

Sector: General

Lugar de ejecución del proyecto: Lima

Fecha de inicio: 01/12/2018

Fecha de cierre: 01/12/2021

Plazo de ejecución (meses): 36

Objetivo principal

El objetivo principal del proyecto es la realización de los siguientes tres nuevos productos electrónicos utilizando nuevas técnicas científicas:

• Un nuevo sistema de alumbrado público ecoamigable e inteligente, que no solo permite iluminación, sino que además permita el acceso a internet a alta velocidad mediante luminaria LED-LiFi. Este sistema integrará paneles solares y baterías y estará conectado a la red eléctrica (monofásica y trifásica).
• Una microred DC inteligente contralada por un sistema SCADA que permita el óptimo consumo energético en edificios rurales y urbanos. El sistema integrará paneles solares, baterías y luminaria LED y, además, estará conectado a la red eléctrica (monofásica y trifásica). Para ello, las nuevas estructuras electrónicas serán desarrolladas en el proyecto, así como un software libre para el sistema SCADA.
• Para mejorar la eficiencia energética en las edificaciones, se propone desarrollar una terma eléctrica basada en principio de calentamiento por inducción. Este equipo será competencia directa con la terma a gas, debido a su alta velocidad en el calentamiento del agua. Además, hace posible un mejor control de la temperatura, permitiendo al usuario interactuar con la terma mediante el celular.

Los tres sistemas eléctricos deberán tener una alta durabilidad, para lo cual el condensador electrolítico será reemplazado por condensadores fílmicos y nuevas técnicas de filtrado activo para la eliminación del armónico de baja frecuencia, presente en la corriente DC. Se tiene como meta eliminar todas las problemáticas de los convertidores DC-AC monofásicas, tales como flicker en la luminaria LED, baja eficiencia de la potencia entregada por los paneles solares y sobrecalentamiento de baterías.

Con estos tres productos, se pretende generar 1 patente, 4 artículos científicos a nivel journal, 2 tesis de doctorado y 2 tesis de pregrado. Cabe señalar que las plantas pilotos serán instaladas en el campus de la UNI.

Objetivo específico 1

Realización de una microred DC para un alumbrado público inteligente que integre LiFi y energías renovables.

Objetivo específico 2

Realización de una microred inteligente para la optimización del consumo energético, con un promedio cero de consumo anual en edificaciones.

Objetivo específico 3

Concepción de una terma eléctrica mediante el principio de calentamiento de inducción.

Objetivo específico 4

Empaquetamiento de plan de puesta en marcha de resultados.

Institución responsable del proyecto

Universidad Nacional de Ingeniería

RUC: 20169004359

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Público

Tipo de organización: Sin fines de lucro

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: Rímac

Dependencias: Centro de Energías Renovables (CER – UNI), Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (FIEE)

Instituciones asociadas

TERMOINOX S.A.C.

RUC: 20454518102

Tipo de entidad: Empresas

Régimen: Privado

País: Perú

Departamento: Arequipa

Provincia: Arequipa

Distrito: Arequipa

Laboratorio Laplace – Grupo de Luz y Materia

Tipo de entidad: Universidades extranjeras

Régimen: Público

País: Francia

Ciudad: Toulouse

Investigador principal

Nombres: Rafael Leonardo

Apellido paterno: Espinoza

Apellido materno: Paredes

Grado académico: Magíster

Nombre del grado académico: Magíster en Energías Renovables y Eficiencia Energética

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Dependencia: Centro de Energías Renovables (CER – UNI)

Coinvestigador

Nombres: Damian Eleazar

Apellido paterno: Sal y Rosas

Apellido materno: Celi

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Dependencia: Centro de Energías Renovables (CER – UNI)

Coinvestigador

Nombres: Teresa Esther

Apellido paterno: Nuñez

Apellido materno: Zuñiga

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Dependencia: Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (FIEE)

Coinvestigador

Nombres: Consuelo Carmen

Apellido paterno: Negrón

Apellido materno: Martínez

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Dependencia: Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (FIEE)

Coinvestigador

Nombres: Judith Luz

Apellido paterno: Betetta

Apellido materno: Gómez

Grado académico: Magíster

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Dependencia: Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (FIEE)

Coinvestigador

Nombres: Pedro Bertín

Apellido paterno: Flores

Apellido materno: Larico

Grado académico: Magíster

Entidad: TERMOINOX S.A.C.

Dependencia: TERMOINOX S.A.C.

Coinvestigador

Nombres: Georges

Apellido paterno: Zissis

Grado académico: Doctorado

Entidad: Laboratorio Laplace – Grupo de Luz y Materia

Dependencia: Grupo de Luz y Materia

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Apellido materno: Tesista no identificado

Tipo de tesis: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Apellido materno: Tesista no identificado

Tipo de tesis: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Apellido materno: Tesista no identificado

Tipo de tesis: Licenciatura

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Apellido materno: Tesista no identificado

Tipo de tesis: Licenciatura

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Gestor tecnológico

Nombres: Jhean Franco

Apellido paterno: Mendivil

Apellido materno: Tejeda

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Coordinador administrativo

Nombres: Yudith Flor

Apellidos: Alejandro Dominguez

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Asistente de investigación

Nombres: Asistente de investigación no identificado

Apellidos: Asistente de investigación no identificado

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Rubros financiables

• Recursos humanos (hasta 50% del monto financiado)

1. Incentivo monetario para el investigador principal y coinvestigadores: no debe sobrepasar el máximo de S/ 2,000 mensuales por investigador.
2. Pago a los tesistas: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,500 mensuales por tesista.
3. Pago al personal técnico o asistente de investigación: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,000 mensuales por técnico.
4. Honorarios o incentivos para un gestor tecnológico: no debe de sobrepasar el máximo de S/. 1,500 mensuales.

• Equipos y bienes duraderos (hasta 20% del monto financiado)

Corresponde a la adquisición de equipos menores para el proyecto de investigación.

• Materiales e insumos

1. Materiales, insumos, reactivos, accesorios, componentes electrónicos o mecánicos, bienes no inventariables.
2. Material bibliográfico, tales como manuales, bases de datos, libros especializados, otros, y/o suscripciones a redes de información (en físico o electrónico).
3. Software especializado para el desarrollo de los proyectos de investigación.

• Viajes

Corresponde a los gastos de viajes relacionados a actividades propias del proyecto de investigación.

Los gastos que aplican para este rubro son los siguientes:

1. Pasajes: terrestres, aéreos, nacionales e internacionales, en clase económica.
2. Viáticos: comprenden los gastos por concepto de alimentación, hospedaje y movilidad (hacia y desde el lugar de embarque), así como el desplazamiento en el lugar donde se realizan las actividades. El concepto de viáticos es aplicable para estancias cuya duración sea menor a los quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en el Anexo 2.
3. Manutención: comprenden los gastos de alojamiento, alimentación y movilidad local durante su permanencia en el lugar sede del objeto del beneficio otorgado, o desplazamientos relacionados con el mismo. El concepto de manutención es aplicable siempre que se trate de una estancia cuya duración sea mayor o igual a quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en la convocatoria.
4. Seguro de viaje: el seguro es de carácter obligatorio y su valor debe estar de acuerdo al precio de mercado. La cobertura típicamente incluye gastos médicos de emergencia, muerte accidental, invalidez e imprevistos logísticos durante el viaje (retraso de vuelos, demora o pérdida de equipaje, robos, etc.). El precio del seguro puede variar en función a la edad, duración del viaje y el destino. Se puede financiar hasta un máximo de S/ 2,000.

• Servicios de no consultoría.

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades de índole técnica especializada, consideradas como críticas para lograr el buen resultado del proyecto de investigación: servicios de laboratorio, colección de datos, procesamiento de muestras, análisis y diseño.

• Otros servicios

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades complementarias del proyecto de investigación, tales como:

1. Actividades de difusión:

1. Gastos de organización de taller de cierre del proyecto.
2. Costo de publicación de artículos en revistas indizadas.

• Costo de inscripción para participar en eventos o para discutir los resultados con personal interesado o calificado.

1. Actividades complementarias de la investigación:

1. Gastos de importación y desaduanaje de materiales, insumos o equipos relacionados al proyecto de investigación que se adquieran en el extranjero.
2. Gastos relacionados a la obtención del título o grado.

• Gastos relacionados a la solicitud de patentes.

1. Gastos de mantenimiento correctivo para los equipos adquiridos u otro equipo de laboratorio que deba usarse en el proyecto.

• Gastos de gestión (hasta 10% del monto financiado)

Corresponde al incentivo monetario para el coordinador administrativo, útiles de oficina y servicios de imprenta.