Proyectos finales Pregrado en Ingeniería Eléctrica

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Simulación y Diseño de un compensador serie (SSSC) para el laboratorio UNIGRID
(Barranquilla, Universidad del Norte, 2026, 2026-05-27) Narváez, Andrés; Becerra, Gabriela
El presente proyecto aborda la necesidad del laboratorio UNIGRID de la Universidad del Norte de ampliar su portafolio de dispositivos FACTS, actualmente limitado a equipos de compensación en derivación, careciendo de un compensador serie que permita estudiar el control directo del flujo de potencia mediante la modificación de la impedancia aparente de una línea de transmisión. Para suplir esta carencia, se planteó el diseño integral de un Compensador Síncrono Estático Serie (SSSC), abordando sus aspectos de hardware, software eléctrico y control, con el fin de dejar al laboratorio una base técnica rigurosa y validada que facilite una futura implementación física. El alcance comprendió cuatro frentes: la definición de las especificaciones funcionales del dispositivo para operación en baja tensión; el diseño de la topología eléctrica basada en tres convertidores H-Bridge monofásicos con modulación SPWM unipolar, acoplamiento serie mediante transformadores y un esquema de control PI en el marco rotacional dq0; la elaboración de la documentación técnica constructiva, incluyendo modelo 3D en Fusion 360, PCBs en KiCad y planos en AutoCAD Electrical; y la validación del sistema mediante simulación en MATLAB/Simulink sobre una red simplificada de generador, dos líneas paralelas y carga. La metodología combinó revisión bibliográfica, selección de alternativas mediante cuadros de decisión cuantitativos, modelado y simulación detallada, y validación estadística inferencial mediante pruebas de hipótesis. Como resultados esperados se planteó obtener un diseño completo y reproducible que demuestre el correcto seguimiento de consigna en modos capacitivo e inductivo, una regulación efectiva del flujo de potencia entre líneas paralelas y un desempeño dinámico cuantitativamente validado, conformando un paquete documental transferible para futuros desarrollos del laboratorio en dispositivos FACTS.
Diseño de una microrred eléctrica basada en recursos energéticos distribuidos para el suministro de energía a la comunidad Tezhumke
(Barranquilla, Universidad del Norte, 2026, 2026-05-27) Solórzano Díaz, Eber Andrés; Vanegas Aragón, Miguel José; Tapia Perez, José Gabriel; Restrepo Restrepo, Mauricio; Castillo Sierra, Rafael de Jesús
Este proyecto presenta el diseño de una microrred eléctrica basada en recursos energéticos distribuidos para el suministro de energía a la comunidad indígena de Tezhumke, perteneciente al resguardo arhuaco de la Sierra Nevada de Santa Marta, ubicada en el municipio de Valledupar, departamento del Cesar. La comunidad se inscribe dentro de las Zonas No Interconectadas (ZNI) de Colombia y carece de acceso a un suministro eléctrico continuo y de calidad, lo que afecta directamente la operación de sus tres infraestructuras comunitarias prioritarias: el puesto de salud, el Colegio Kanzasnamke y el centro comunitario. El diseño integra generación fotovoltaica, almacenamiento en baterías de tecnología LiFePO4 y generación diésel de respaldo, configurados bajo una topología centralizada trifásica de 277/480V, seleccionada mediante un modelo multicriterio que evaluó cuatro alternativas según criterios técnicos, económicos, operativos y de confiabilidad. La demanda total del sistema asciende a 90,88 kWh/día, con una carga instalada de 21 689Wdistribuida entre los tres nodos. El dimensionamiento final, optimizado en HOMER Pro, resultó en 48 módulos fotovoltaicos (32,2kWp), 20 baterías FLA24200, un inversor de 30kW y un generador diésel de 22kW. La validación del sistema se realizó mediante simulaciones en HOMER Pro y OpenDSS bajo tres escenarios operativos: operación normal, aumento de carga del 25 % e indisponibilidad parcial del arreglo fotovoltaico. En operación normal, el sistema alcanza una fracción renovable del 96,5 %, un LCOE de 571,35 COP/kWh y un consumo de diésel de 495 L/año, con todos los nodos operando dentro del margen de tensión admisible de ±5 % exigido por el RETIE durante las 8 760 horas del año simulado. Los resultados confirman la viabilidad técnica y económica del diseño propuesto para garantizar un suministro confiable, seguro y continuo a la comunidad Tezhumke.
Sistema de almacenamiento con baterías (BESS) para mitigar el vertimiento de energía y evaluar el impacto en la rentabilidad de una granja solar
(Barranquilla, Universidad del Norte, 2026, 2026-05-26) Chacón, Isabella; Pombo, Juan; Arango, Adriana
El proyecto desarrolla el diseño básico de ingeniería de un sistema de almacenamiento de energía con baterías (BESS) para mitigar el vertimiento de energía en una planta solar fotovoltaica de 13,1 MWp ubicada en La Apartada, Córdoba, con una restricción de inyección de 6 MW en el punto de conexión. A partir de simulaciones en PV*SOL, se caracterizó el curtailment de la planta y se compararon escenarios de operación sin BESS y con BESS. La solución seleccionada fue el Sungrow PowerTitan 3.0 ST6900UX-4H, mediante una metodología multicriterio AHP-TOPSIS que evaluó criterios de inversión, operación, eficiencia, vida útil, área requerida y número de unidades. El diseño final contempla dos módulos BESS, cada uno con capacidad nominal de 6.904 kWh y potencia de 1.800 kVA, junto con transformadores de acoplamiento 690/800 V para integrarse con la infraestructura existente. Los resultados indican que el sistema permite recuperar el 71,1 % del curtailment anual y el 89,8 % de las pérdidas económicas asociadas, equivalentes a $936.593.903 COP. Además, la validación estadística mediante prueba t de Student confirmó que el sistema supera el umbral mínimo de mitigación diaria establecido. Sin embargo, aunque el diseño es técnicamente viable, el análisis financiero muestra que no resulta rentable bajo una tasa de descuento del 12 %, debido a un VPN negativo y una TIR de 4,75 %.
Sistema de monitoreo para limpieza fotovoltaica
(Barranquilla, Universidad del Norte, 2026, 2026-05-20) Cabezas, Alejandro; Orgulloso, Pedro; Quintero, Oriana; Soto, José; Oliveros, Ingrid
Este proyecto propone una metodología inteligente para optimizar la limpieza de paneles fotovoltaicos residenciales mediante un enfoque basado en costo–beneficio. La investigación aborda el problema de acumulación de suciedad sobre los paneles solares, fenómeno que reduce la irradiancia recibida y disminuye la generación de energía, afectando la eficiencia y rentabilidad del sistema fotovoltaico. La propuesta consiste en un sistema de monitoreo capaz de comparar la potencia esperada del panel, estimada a partir de variables ambientales como irradiancia y temperatura, con la potencia real generada en operación. A partir de esta comparación, el sistema calcula la energía no generada y su impacto económico, permitiendo determinar si las pérdidas justifican la realización de una limpieza. Para ello, se integran sensores ambientales y eléctricos junto con un modelo matemático de estimación y una interfaz de monitoreo para visualizar variables energéticas en tiempo real. Los resultados muestran la viabilidad de la arquitectura desarrollada y su potencial para mejorar las estrategias de mantenimiento en sistemas fotovoltaicos residenciales. En conclusión, el proyecto presenta una solución práctica, escalable y de bajo costo que permite optimizar las decisiones de mantenimiento, reducir pérdidas energéticas y mejorar el aprovechamiento de la energía solar.
Sistemas de apantallamiento y mallas de puesta a tierra para subestaciones eléctricas de alta tensión en Colombia
(Barranquilla, Universidad del Norte, 2026, 2026-05-16) Acevedo Vesga, Samantha Josefina; Aguas Flórez, Samuel David; Quintero Caballero, Juan Felipe; Arango Manrique, Adriana
Las subestaciones eléctricas de alta tensión requieren sistemas de protección capaces de reducir los riesgos asociados a descargas atmosféricas y fallas a tierra, los cuales pueden afectar la seguridad de las personas, la integridad de los equipos y la continuidad del servicio. Por ello, el diseño debe apoyarse en criterios técnicos reconocidos, principalmente la IEEE Std 998 para sistemas de apantallamiento y la IEEE Std 80 para mallas de puesta a tierra. Para atender esta necesidad, se desarrolló TerraShield, una herramienta computacional de apoyo al diseño y verificación de sistemas de apantallamiento y mallas de puesta a tierra, con enfoque en las condiciones de la región Caribe colombiana. La plataforma permite caracterizar inicialmente el sitio del proyecto mediante información de referencia como ubicación, condiciones ambientales, densidad de descargas a tierra y tipo preliminar de suelo. Con estos datos y los parámetros ingresados por el usuario, integra dos módulos principales: uno para el análisis de apantallamiento mediante el método de la esfera rodante y otro para el diseño de mallas de puesta a tierra conforme a criterios de seguridad eléctrica. El sistema automatiza cálculos, genera visualizaciones técnicas, compara resultados con límites normativos y entrega recomendaciones cuando el diseño requiere ajustes. Los resultados de validación evidenciaron que la herramienta reproduce adecuadamente casos de referencia de las normas empleadas y conserva el veredicto técnico de cumplimiento o no cumplimiento. Esto confirma que TerraShield sí cumple su propósito como herramienta de apoyo, al permitir evaluar configuraciones de diseño de forma más organizada, clara, trazable y verificable. Aunque no reemplaza el criterio profesional ni las mediciones de campo, fortalece el análisis y la toma de decisiones en proyectos de protección eléctrica para subestaciones.
Prototipo de evaluación de viabilidad técnica-económica de proyectos fotovoltaicos en el Caribe colombiano
(Barranquilla, Universidad del Norte, 2025, 2025-11-24) Andrés Marrugo; Efraín Patiño; Kevin Muñoz; José Soto, Ingrid Oliveros
En este proyecto se desarrolló un prototipo metodológico para evaluar la viabilidad técnica y económica de la ubicación para proyectos solares fotovoltaicos de pequeña y gran escala (≤10 MVA) en el Caribe colombiano (Magdalena y La Guajira), región con un alto recurso solar, pero sin herramientas que permitieran integrar criterios técnicos, regulatorios y financieros en un análisis estructurado. El problema surgió por la ausencia de modelos que articularan dichas variables, lo que generaba incertidumbre para promotores y operadores, especialmente en departamentos como Magdalena y La Guajira, donde la irradiación promedio supera los 6 kWh/m²·día. Para abordar esta limitación se diseñó una metodología basada en criterios de ingeniería relacionados con el recurso solar, la capacidad de conexión, la cargabilidad de elementos del sistema eléctrico, los requerimientos ambientales y los costos asociados al CAPEX y OPEX. El marco normativo incluyó las disposiciones de la CREG y las directrices de la UPME, las cuales establecieron lineamientos técnicos y procedimentales esenciales para la caracterización del proyecto. Bajo este esquema se implementó un enfoque multicriterio que permitió estructurar indicadores jerárquicos y asignar ponderaciones relativas a los factores más influyentes en la viabilidad. Posteriormente, se desarrolló un prototipo operativo capaz de procesar datos reales y generar métricas comparables entre distintos emplazamientos. Su validación se realizó mediante estudios de caso en zonas representativas de La Guajira y Magdalena, lo que evidenció la utilidad del modelo para reducir incertidumbre, optimizar los tiempos de prefactibilidad y fortalecer la toma de decisiones. Los resultados mostraron un impacto significativo al mejorar la precisión en la evaluación temprana de la ubicación para proyectos solares y contribuir al avance de la transición energética en el país.
Línea sostenible de aerogeneradores construidos con materiales reciclados
(Barranquilla, Universidad del Norte, 2025, 2025-11-24) Arrazola, Adrián; Rambal, Michael; Ortega, Jesús; Soto, José Daniel; Oliveros, Ingrid
El Caribe colombiano enfrenta un sistema eléctrico costoso e inestable, con tarifas cercanas a 944 COP/kWh, pérdidas del 28,7 % y frecuentes interrupciones, afectando la seguridad energética de hogares y pequeños comercios. En paralelo, el Departamento del Atlántico presenta velocidades de viento entre 4,5 y 7 m/s, recurso subutilizado por la ausencia de un mercado local de aerogeneradores accesibles. Este proyecto aborda dicha brecha mediante el diseño de un aerogenerador de bajo costo y la estructuración de una línea sostenible de producción basada en materiales reciclados. El diseño integra criterios de ingeniería eléctrica y mecánica, considerando restricciones económicas, ambientales y operativas. Se aplicaron normas RETIE, NTC 2050, IEC 61400-2 e ISO 3744 para garantizar seguridad, confiabilidad y niveles sonoros adecuados para entornos urbanos. Tras evaluar alternativas de turbinas, se seleccionó un modelo Savonius de eje vertical construido con ≥80 % de materiales reciclados (PVC, perfiles metálicos y un motor inverter recuperado), optimizado para vientos bajos y turbulentos. La solución propuesta reduce costos, facilita manufactura local y promueve la economía circular, permitiendo un precio aproximado de 800.000 COP por unidad. El prototipo validado y la línea de producción planteada demuestran que es posible generar empleo local, disminuir residuos y fortalecer la resiliencia energética regional. El impacto logrado evidencia que la microeólica reciclada puede convertirse en una alternativa viable y socialmente pertinente para el Atlántico.
Parque eólico escalable para laboratorio de energías renovables
(Barranquilla, Universidad del Norte, 2025, 2025-11-24) López, Alejandro; Palomino, Sofía; Soto, José
Este proyecto presenta el desarrollo de un parque eólico a escala de laboratorio, concebido como una plataforma integral de formación y experimentación en energías renovables para el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (DIEE) de la Universidad del Norte. El sistema se estructura como una solución híbrida que integra generación eólica y solar, permitiendo recrear en un entorno controlado las principales dinámicas de operación, interacción y gestión propias de un parque energético real. Su diseño prioriza la modularidad, la flexibilidad y la accesibilidad, de manera que pueda ser utilizado por estudiantes de distintos niveles (desde etapas finales de secundaria hasta semestres iniciales de ingeniería). A través de esta plataforma, los usuarios pueden desarrollar competencias fundamentales en conversión de energía, sistemas de interconexión, electrónica de potencia y estrategias de control aplicadas a fuentes renovables. Además, el proyecto busca fortalecer el aprendizaje práctico mediante la simulación de escenarios operativos reales, la medición de variables críticas y la aplicación de conceptos teóricos en actividades experimentales orientadas a comprender el comportamiento y los desafíos asociados a la generación sostenible.
Sistema de almacenamiento de energía con baterías para soporte de frecuencia
(Barranquilla, Universidad del Norte, 2025, 2025-11-21) Gordon, Valentina; Rincón, Luigy; Villadiego, Jorge; Castillo, Rafael; Arango, Adriana; Restrepo, Mauricio
La reducción de inercia causada por la creciente penetración de generación renovable no síncrona incrementa la severidad de las desviaciones de frecuencia ante perturbaciones, comprometiendo los límites operativos exigidos por la CREG 025 de 1995 y los requisitos de respuesta primaria de frecuencia establecidos en la CREG 060 de 2019. Este estudio desarrolla el diseño integral de un sistema de almacenamiento con baterías (BESS) para soporte primario en un sistema de transmisión, integrando modelado dinámico, criterios normativos y restricciones operativas. El análisis se realizó sobre el sistema IEEE de 9 nodos, evaluando cuatro tipos de disturbios: contingencias N-1, cortocircuitos trifásicos, variaciones abruptas de carga y cambios súbitos de generación. A partir de 27 simulaciones por escenario (convencional y alta renovable), se caracterizaron nadir, RoCoF y tiempo de recuperación, y se determinaron los requerimientos energéticos y de potencia del BESS. El diseño consideró tiempos de reacción <2 s, establecimiento <15 s y sostenimiento ≥30 s, en conformidad con el marco regulatorio. Para validar objetivamente el impacto del BESS, se aplicó una prueba t de Student para muestras emparejadas, demostrando reducciones estadísticamente significativas en el nadir, en el RoCoF y en los tiempos de reingreso al rango 59.8–60.2 Hz. En todos los tipos de perturbación, el BESS mejoró de manera consistente el desempeño dinámico del sistema. Los resultados confirman que un BESS adecuadamente dimensionado y ubicado mitiga los efectos de la baja inercia, aumenta la resiliencia del sistema ante disturbios severos y constituye una solución técnicamente robusta para fortalecer la estabilidad de frecuencia en redes de transmisión modernas.
Sistema de gestión de demanda para el laboratorio UNIGRID
(Barranquilla, Universidad del Norte, 2025, 2025-11-21) Cavadia Díaz, Juliana María; León Alvarado, Maicol David; Rodríguez Charris, Gabriel; Restrepo Restrepo, Mauricio; Espitia Pantoja, Gustavo Adolfo
El crecimiento sostenido de la demanda eléctrica y la variabilidad asociada a las fuentes renovables incrementan la necesidad de mecanismos que mantengan la estabilidad operativa en redes de distribución. En el laboratorio UNIGRID no existía una plataforma que permitiera reproducir estos fenómenos ni evaluar estrategias de gestión de demanda (DR), limitando el análisis experimental. Este proyecto diseña e implementa un sistema de DR siguiendo un proceso ingenieril estructurado basado en requerimientos, criterios comparativos y alternativas de control. El diseño se desarrolló bajo el marco normativo colombiano —RETIE, NTC 2050 y lineamientos CREG 038 de 2014— y estándares IEEE aplicables a automatización, comunicación y microredes (IEEE 2030, IEEE 1547, IEEE C37.1). Tras evaluar esquemas Hopping, DLC y Band-Seeking mediante criterios de reducción de pico, control centralizado, adaptabilidad y costo, se seleccionó Band-Seeking como alternativa óptima. La solución integra PLCs Mitsubishi FX3U, medidores PM5500, comunicación Modbus TCP/RTU, un módulo de bypass en Python y un SCADA basado en JSON-SCADA. Durante la validación se registró una tasa de éxito del 88,5 % en 226 comandos y un tiempo medio de respuesta de 13,77 s. En operación DR, el sistema redujo el pico en 6,67 % y el PAR en 6,03 %, manteniendo estable la energía consumida. Estos resultados demuestran el impacto del diseño, al habilitar en el laboratorio una plataforma funcional para el estudio y validación de estrategias DR en microrredes bajo condiciones controladas y alineadas con la normativa vigente.
Simulador del efecto de variables ambientales de granjas eólicas offshore en la generación de potencia
(Barranquilla, Universidad del Norte, 2025, 2025-11-21) Pardo Barrios, Carlos Enrique; Castellanos Ruiz, Santiago José; Márquez Suaza, David Mauricio; Olveros Pantoja, Ingrid; Ripoll Solano, Lácides Antonio
Eolisim es un simulador para la estimación de la generación de potencia y energía en parques eólicos offshore, basado en variables ambientales que determinan su desempeño. Surge ante los retos del entorno marino —vientos intensos, oleaje, corrientes y mayor escala de turbinas que provocan pérdidas de potencia entre el 10 % y el 35 %, frente al 5 % típico en parques onshore. Su propósito es anticipar y cuantificar dichas pérdidas desde la fase de diseño. En la etapa metodológica de diseño, inicialmente se identificaron las variables ambientales relevantes que tener en cuenta para poder analizar las granjas eólicas mediante una revisión bibliográfica y estas son: Velocidad y dirección de viento e intensidad de turbulencia. Para realizar el modelado de las granjas, se realizó una comparación de enfoques de modelado considerando tres criterios: baja complejidad matemática, disponibilidad de datos y bajo requerimiento computacional. Los modelos de estela cumplieron con todos ellos, superando a los métodos numéricos y de inteligencia artificial. Para el manejo de los datos relacionados a las variables de las granjas eólicas, Tras evaluar librerías como PyWake, WAsP y WindPRO, se seleccionó FLORIS, por su capacidad para modelar interacciones entre las variables seleccionadas inicialmente, estimar pérdidas por estela con precisión y mantener bajo costo computacional. Eolisim se integra con la API POWER Data Access Viewer de la NASA para obtener datos de velocidad y dirección del viento, y aplica el estándar IEC 61400-1 para el cálculo de la intensidad de turbulencia. Su interfaz permite definir tipo y disposición espacial de turbinas, entregando como resultados principales la energía anual producida (AEP) y las pérdidas por estela. Se realizó una validación mediante comparación con los valores de AEP de parques eólicos reales que presentó diferencias cercanas al 2%.
Detección de fallas en red enmallada apoyada en inteligencia artificial
(Barranquilla, Universidad del Norte, 2025, 2025-11-25) Lizarazo Toro, Liliana Alejandra; Sánchez Álvarez, Louis Mateo; Rambal Herrera, Virginia Esther; Restrepo Restrepo, Mauricio; Castillo Sierra, Rafael de Jesús
La operación anómala de los sistemas de protección en redes eléctricas enmalladas representa un desafío crítico para la confiabilidad del suministro, donde factores humanos contribuyen a cerca del 40% de las fallas operativas según la NERC. Este trabajo desarrolla un sistema de detección de fallas basado en inteligencia artificial implementado sobre un prototipo físico IEEE-5 nodos a escala, diseñado para evaluar el desempeño de algoritmos de detección bajo condiciones reales. El diseño de ingeniería consideró criterios técnicos como AUC-ROC, exactitud, F1-score y tasa de falsos negativos, integrados mediante una matriz de decisión para seleccionar la alternativa óptima. El proyecto se enmarcó en estándares internacionales aplicables al análisis y verificación de sistemas eléctricos y dispositivos de protección, incluyendo IEC 60909, IEC 60076, IEC 60255, C37.010-1979 y lineamientos del AI Act (2024). La solución seleccionada fue un clasificador MLP (Perceptrón Multicapa), validado mediante la aplicación física de fallas trifásicas, bifásicas y monofásicas. Durante la validación, el sistema detectó 57 de las 60 fallas ejecutadas (95 %), superando el umbral requerido y evidenciando su viabilidad para aplicaciones de protección. Los resultados evidencian que el proyecto cumplió su objetivo general, confirmando la viabilidad técnica de aplicar técnicas de aprendizaje automático en sistemas de protección en redes enmalladas.
Línea de transmisión en baja frecuencia (LFAC) para energía eólica proveniente de La Guajira
(Barranquilla, Universidad del Norte, 2025, 2025-05-30) Ahumada Martínez, Camilo Andrés; García Palomino, José Enrique; Castillo Sierra, Rafael de Jesús; Pulgarín Rivera, Juan Diego; Restrepo Restrepo, Mauricio
El presente proyecto propone una línea de transmisión en baja frecuencia (LFAC) de 500 kV y 18 Hz entre las subestaciones Colectora 1 y La Loma, con el fin de mejorar la evacuación de energía eólica desde La Guajira hacia el interior del país. Esta solución responde a la creciente congestión y problemas de estabilidad en la red de 500 kV del Sistema Interconectado Nacional (SIN), y permite aumentar la capacidad de transferencia de potencia frente a un sistema HVAC convencional. El trazado de la línea se realizó con metodología EPRI-GTC en ArcGIS, obteniendo una longitud de 234,4 km. Se seleccionó un conductor tipo AAAC Darién, y se diseñó un sistema de conversión AC/AC utilizando un convertidor modular multinivel (MMMC), dimensionando inductores, capacitores e interruptores IGCT ABB. El control implementado es Grid Following en el lado de 60 Hz y Grid Forming con control droop en 18 Hz. Las simulaciones en Simulink y ATPDraw validaron el sistema en escenarios como: comparación de pérdidas con HVAC, carga escalonada, operación en modo STATCOM y análisis de flujo reverso de potencia. Además, se evaluaron curvas P–δ y P–V para analizar estabilidad y controlabilidad. Los resultados mostraron que LFAC permite una mayor capacidad de transferencia, mejora la estabilidad del voltaje y ofrece un control dinámico eficaz. Este diseño aporta una solución innovadora y replicable para la expansión de la red en Colombia.
Línea de trasmisión a baja frecuencia para granja eólica offshore en el Atlántico
(Barranquilla, Universidad del Norte, 2025, 2025-05-29) Bernal Causado, Cristian David; Fragozo Zuleta, Valentina; Ortega Ramírez, Iván David de Jesús; Castillo Sierra, Rafael De Jesús; Restrepo Restrepo, Mauricio; Pulgarín Rivera, Juan Diego
En el marco de la transición energética en Colombia, se identificó la falta de infraestructura para interconectar una granja eólica offshore en el Atlántico con el Sistema Interconectado Nacional (SIN), lo cual limita el aprovechamiento del potencial renovable de la región Caribe. Este proyecto tuvo como objetivo diseñar una solución técnica basada en la transmisión en corriente alterna de baja frecuencia (LFAC), que permita transportar eficientemente 960 MW de potencia desde el parque eólico hasta la subestación Sabanalarga 500 kV. Se desarrolló un sistema que integra línea submarina y aérea, subestación de transición y conversión back-to-back modular multinivel, operando a 20 Hz. El diseño consideró normativas nacionales (Creg 025, RETIE) e internacionales (IEEE 738, IEC 60865-1), así como restricciones ambientales, sociales y económicas. Se evaluaron tres alternativas y se seleccionó aquella que cumplía con criterios de eficiencia, viabilidad técnica y regulatoria. La solución se validó mediante simulaciones en Simulink y Python, evaluando eficiencia, regulación y desbalance de tensión, obteniendo una eficiencia del 95,8 %, desbalance de 0,0231 % y regulación de 3,77 %, todos dentro de los límites normativos. Se concluye que el sistema completo diseñado, incluyendo infraestructura, esquema de control y estrategia de transmisión, es técnica y económicamente viable. El análisis económico arrojó un Valor Presente Neto de 350 millones de dólares, con retorno de la inversión a partir del séptimo año. Se recomienda avanzar en estudios bajo condiciones no ideales (fallas monofásicas, generación distribuida asimétrica y cargas desbalanceadas), analizar la respuesta dinámica del sistema, evaluar esquemas de compensación reactiva, considerar fuentes complementarias como la energía undimotriz y explorar frecuencias operativas intermedias mediante optimización multiobjetivo.
NeoViento: prototipo eólico para el abastecimiento energético básico
(Barranquilla, Universidad del Norte, 2025, 2025-05-25) Badillo Fontalvo, Jairo Rafael; Tavera Medina, Aryam De Jesús; Torres Fernández, Luis Camilo; Soto Ortiz, José Daniel
La ciudad de Barranquilla, en la región Caribe de Colombia, posee un notable potencial eólico aún poco aprovechado debido a barreras tecnológicas, económicas y de acceso a soluciones energéticas descentralizadas. Frente al alto costo y la inestabilidad del suministro eléctrico, surge la necesidad de alternativas sostenibles para comunidades urbanas y rurales con acceso limitado a la red. El proyecto NeoViento responde a esta problemática mediante el diseño, construcción y validación de un prototipo funcional de aerogenerador vertical tipo Savonius, capaz de generar hasta 600 W en condiciones reales de viento. El sistema integra un alternador automotriz, transmisión por poleas y un sistema eléctrico adaptado, demostrando su viabilidad técnica, económica y social como solución de generación distribuida a pequeña escala. El desarrollo metodológico contempló la selección y caracterización del recurso eólico, cálculo de demanda energética, factibilidad técnica preliminar y análisis de viabilidad económica, aplicando normativas internacionales (IEC 61400-2 e IEC 61400-12-1) y herramientas de simulación, construcción y pruebas en campo. El prototipo está diseñado para satisfacer las necesidades básicas de energía de una vivienda tipo VIS, integrando almacenamiento con baterías y considerando criterios de eficiencia, estabilidad y restricciones económicas, ambientales y sociales. Los resultados obtenidos confirman que NeoViento es una alternativa técnica viable, sostenible y replicable para fomentar el uso de energías renovables accesibles, contribuyendo a la reducción del impacto ambiental y a mejorar la calidad de vida en zonas aisladas o con suministro limitado.
Prototipo de sistema de limpieza para la superficie de paneles solares fotovoltaicos
(Barranquilla, Universidad del Norte, 2025, 2025-05-24) Briceño, Belissa; Coba, Sebastian; Moreno, Santiago; Soto, José; Castillo, Rafael
Este proyecto presenta el diseño, desarrollo y evaluación de un prototipo funcional de robot limpiador para paneles solares fotovoltaicos, con el objetivo principal de establecer un sistema para remover el polvo superficial de estas instalaciones. El prototipo se basa en un sistema de limpieza en seco, compuesto por una estructura móvil construida en PVC, que se desplaza de forma lineal sobre la superficie de los paneles solares. Está equipado con escobas para la remoción mecánica del polvo y un sistema de control implementado con tecnología Arduino. El diseño del sistema se desarrolló conforme a normativas internacionales de seguridad y diseño, incluyendo las normas ISO 10218-1, ISO 10218-2, IEC 60204-1, e integrando, fundamentalmente, la ISO 12100. Además, se incorporaron mecanismos de protección como un botón de parada de emergencia y se aplicó un análisis de gestión de riesgos que abarcó todas las fases del proyecto, desde su concepción hasta la validación experimental. Como parte de la metodología, se exploraron y evaluaron tres tecnologías distintas de limpieza. Las pruebas realizadas demostraron que el prototipo logró una efectividad del 33.3% en la remoción de polvo superficial, lo cual valida su funcionalidad básica y justifica su implementación como una solución preliminar para la remoción de polvo superficial en la superficie de los paneles solares. En conclusión, el proyecto alcanzó sus objetivos principales al diseñar, construir y evaluar un sistema de limpieza funcional y alineado con normativas internacionales. Como recomendación, se sugiere fortalecer la robustez estructural del prototipo y mejorar su adaptabilidad a distintos entornos y configuraciones de paneles, con el fin de facilitar su escalamiento hacia versiones más avanzadas, orientadas a producción masiva o aplicaciones comerciales.
EcoVolt: Energía portátil híbrida para trabajos temporales en las fincas del Caribe colombiano
(Barranquilla, Universidad del Norte, 2025, 2025-05-20) Ferrucho Maloof, Joshua Jacob; Salas Herrera, Nicolás Sebastián; Soto Ortiz, José Daniel
En este trabajo se presentan los resultados del diseño de un sistema híbrido renovable y portátil para apoyar actividades temporales en fincas del Caribe colombiano. Durante el desarrollo del proyecto se analizaron tres tecnologías para solucionar el acceso limitado a una fuente de energía confiable y sostenible en contextos rurales e itinerantes. Esta situación afecta la continuidad de labores productivas y logísticas, y eleva los costos por el uso de generadores diésel, que además de ser contaminantes, dependen del transporte constante de combustible a zonas de difícil acceso. Como solución, se planteó el diseño, construcción y evaluación de un prototipo de sistema híbrido portátil basado en fuentes renovables, combinando tecnologías solar y eólica con respaldo en baterías de litio. El prototipo integra dichas tecnologías a través de un sistema compacto, diseñado según perfiles de carga típicos para actividades rurales y validado bajo criterios del RETIE y buenas prácticas del Código Eléctrico Colombiano (NTC 2050). Además, se garantizó que su diseño físico cumpliera con las condiciones de tránsito y transporte establecidas por la Resolución 2877 de 2022 y el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras (INVIAS, 2008). Las simulaciones energéticas se realizaron empleando datos climatológicos históricos de estaciones meteorológicas del IDEAM, representando las condiciones reales del Caribe colombiano. Se analizaron distintos escenarios de uso (fincas agrícolas y eventos) y condiciones iniciales de carga de las baterías (SOC 0 % y 100 %). Se concluye que el sistema es viable para suplir necesidades energéticas temporales sin depender de la red eléctrica ni de combustibles fósiles. Su implementación representa una alternativa sostenible, económica y ambientalmente responsable.
Plan energético sostenible para la institución educativa Fernando Hoyos Ripoll en Sabanalarga, Atlántico.
(Barranquilla, Universidad del Norte, 2024, 2024-11-22) Castro, Beatriz; Román, Darlys; Soto, José; Oliveros, Ingrid
The Educational Institution Fernando Hoyos Ripoll, located in Sabanalarga, Atlántico, faces a problem derived from the high cost of its electricity bill, with an average monthly consumption of 9142 kWh, which generates expenses exceeding 9 million pesos per month. To address this situation, three possible solutions based on photovoltaic solar energy systems were evaluated: an on-grid system with storage, an on-grid system without storage, and a hybrid on-grid system with a backup generator. After analyzing and comparing these alternatives, the most suitable solution for the institution was selected, choosing the on-grid system without storage. This option was selected for its technical feasibility, lower initial cost, and its ability to integrate with the existing infrastructure. The necessary photovoltaic system was sized, considering the institution's monthly energy consumption. The final design covers 92.18% of the demand and included the installation of 168 solar panels of 680W-700W and two Growatt MAX 50 KTL3-XL 2 inverters, reaching a total capacity of 117 kWp. Once the design was selected, a technical-economic feasibility analysis was carried out, including the evaluation of the return on investment (ROI) and operating costs. The analysis showed that the project would be financially viable, with an estimated ROI of 3 years. Additionally, the economic feasibility was evaluated considering potential savings on the energy bill and the duration of the photovoltaic system, projected at 25 years. In conclusion, the on-grid photovoltaic system without storage is not only technically suitable but also economically viable. This project represents a sustainable solution that can be replicated in other educational institutions in the region, contributing to greater energy efficiency and the reduction of operating costs.
Calificación de proyectos en la red de distribución por masificación de vehículos eléctricos
(Baranquilla, Universidad del Norte, 2024, 2024-12-04) Bermejo Castellar, Alex Daniel; Oliveros Pantoja, Ingrid; López Díaz, Luis; Arnaldo Jiménez, Elvin
The adoption of electric vehicles (EVs) poses technical challenges for power distribution networks, especially in rural areas like Bayunca, in the Colombian Caribbean. The project, "Qualification of Projects in the Distribution Network for EV Massification," assessed the impact of EV penetration on the local network, projecting demand scenarios from 2025 to 2040. The methodology involved modeling the Circuit 1 distribution network of the Bayunca substation using DIgSILENT, statistical analyses of EV fleet growth, and simulations in two scenarios: a baseline with 3.9% annual load growth and another including EV penetration. Simulations revealed transformer overloads, voltage drops, and increased demand on main lines, indicating the need for mitigation strategies to maintain grid stability. The project achieved its goals by analyzing load profiles, creating a reliable network model, and proposing recommendations for optimizing existing infrastructure. While the simulations focused on a single circuit, the results provide valuable insights for planning electricity supply amid growing EV adoption. Future research should include other circuits and municipalities, integrating advanced technologies like artificial intelligence to enhance grid management. Additionally, incorporating renewable energy sources, such as solar power, could help manage the increased demand. Pilot programs and continuous monitoring are recommended to validate the strategies and address operational challenges in real time. This study offers crucial tools for energy planning, supporting sustainability, and serves as a technical and academic reference for tackling the challenges of EV integration in rural areas. Its findings aim to ensure reliable electricity supply and lay the foundation for broader studies and adaptive energy strategies to support cleaner, more sustainable technologies.
Dimensionamiento de plantas de generación FNCE basadas en inversores
(Barranquilla, Universidad del Norte, 2024, 2024-11-15) Díaz Herrera, Esteban Luis; Ripoll Silva, Laura Andrea; Prieto de la Hoz, Jefferson Andrés; Arango Manrique, Adriana
El dimensionamiento de plantas de generación basadas en Fuentes No Convencionales de Energía Renovable (FNCE) en Colombia enfrenta desafíos por la falta de herramientas que consideren los requisitos técnicos y normativos exigidos por las resoluciones CREG 060 de 2019 y CREG 148 de 2021, así como los acuerdos 1414, 1526, 1826, 1827 y 1830 del Consejo Nacional de Operación (CNO). Esto ha retrasado la entrada en operación de proyectos solares y eólicos, dificultando el cumplimiento de metas nacionales relacionadas con la transición energética. Esta problemática evidencia la necesidad de desarrollar mecanismos efectivos para configurar y validar parámetros técnicos de las plantas, garantizando el cumplimiento normativo y minimizando riesgos operativos. Para abordar estas dificultades, se diseñó un procedimiento semiautomático que permite realizar simulaciones usando el software DIgSILENT PowerFactory, acompañado de una interfaz gráfica de resultados desarrollada en Python. Este procedimiento se fundamenta en estándares reconocidos, como el modelo de control de planta WECC, para evaluar y ajustar parámetros críticos como potencia activa, reactiva, frecuencia y tensión, asegurando la estabilidad del sistema eléctrico ante condiciones variables de carga. Los resultados mostraron que este enfoque no solo mejora el diseño de las plantas, sino que asegura su integración estable y segura al Sistema Interconectado Nacional (SIN). Además, este desarrollo promueve tecnologías renovables al brindar un procedimiento preciso y eficiente que cumple con normativas del país asociadas a estas plantas. También genera un impacto positivo en la transición energética al fortalecer la sostenibilidad y confiabilidad del sistema eléctrico, mientras ofrece beneficios económicos a los inversionistas al reducir riesgos vinculados al diseño y cumplimiento regulatorio de los proyectos, promoviendo así el desarrollo del sector energético.

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