Papers by Manuel Ignacio Ayala Chauvin
Journal of Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems, 2020
The need for an energy transition is nowadays undeniable. Climate change, fossil fuel depletion a... more The need for an energy transition is nowadays undeniable. Climate change, fossil fuel depletion and economic vulnerability are some of the main drivers of the model change. Therefore, it is necessary to promote local energy generation in order to improve a renewable energy transition. This paper presents the design, installation and performance of an Underwater Turbine Generator prototype with a gravitational vortex and siphon. The development of the prototype was done in five stages: contextualization, specifications, conceptualization, detail design and manufacturing. The result of this research is an appropriate, compact and low-cost prototype with a power range of 2 to 10 kW and head of 0.8 to 3 m. According to field measurements, the efficiency of a 7.5 kW generator for heads differences larger than 0.8 m is 37%. This type of design can be reproduced in another context in order to promote the decentralized generation and sustainable growth between the territory and its resources.
Urban energy systems are an essential part of cities, which require a reliable and abundant suppl... more Urban energy systems are an essential part of cities, which require a reliable and abundant supply of electricity and other services (such as water, fuel for transportation or food). On the other hand, the double crisis related to the use of fossil fuels, the availability crisis and the pollution crisis, require the prompt implementation of a renewable energy transition. The analysis of urban electrical uses and their relation with the resources of the territory, the economy and the environment yields very valuable information to plan the renewable energy transition in urban environments. The present work contributes to the field of energy transitions with a methodology based on two concepts: Energy Hub (EH) and Virtual Power Plant (VPP). This methodological contribution allows us to analyse the renewable energy flows (intermittent and random) from the top and bottom approaches (Top Down & Bottom Up), in order to diagnose an urban energy system in an integral way. A simple and inexp...
Sustainability, 2020
City growth goes together with the development of infrastructure, and the power network is one of... more City growth goes together with the development of infrastructure, and the power network is one of the most relevant towards economic development. The study of urban infrastructure through the analysis of anthropization coupled with power network growth can produce a tool that supports sustainable infrastructure planning, both economic and environmental. The case study focuses on Ambato, Ecuador, in the period from 1950 to 2019, and assesses quantitatively the changes in the city layout and the evolution of its power network. The data are adjusted to a sigmoid-type objective function through a non-linear least squares problem, that is solved using the Broyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno (BFGS) method. Anthropization data show how the urban area grew during the study period: 37% (1950–1960), 53% (1960–1970), 80% (1970–1980), 35% (1980–1990), 39% (1990–2000), 38% (2000–2010), and 11% (2010–2019), mostly at the expense of agricultural land. The forecast for new power network users by 2050 ...
Revista Técnica "Energía", 2016
En este trabajo se presenta un sistema de generación de energía eléctrica basado en un vórtice gr... more En este trabajo se presenta un sistema de generación de energía eléctrica basado en un vórtice gravitacional con sifón para comunidades aisladas, manufacturado en la provincia de Loja Ecuador. El sistema es sumergible funciona como una central de paso y por su diseño se lo puede instalar directamente en canales de riego, ríos, etc. sin obras civiles importantes. La unidad de generación denominada UTG (Underwater Turbine Generator) está conformada por una turbina Kaplan, un generador sumergible síncrono multi-polo con imanes permanentes, un rectificador, un inversor, un vórtice gravitacional y un sifón de evacuación para ganar energía potencial. Además, incluye un control integrado que permite realizar mediciones de los parámetros eléctricos del sistema. De acuerdo con los resultados de la medición de campo, el prototipo UTG basado en un vórtice gravitacional puede ofrecer de forma estable la energía eléctrica a las cargas conectadas, con un factor de planta del 60%.
Energy Procedia, 2017
Abstract This paper describes a complex terrain wind farm case study in the Ecuadorian Andes. The... more Abstract This paper describes a complex terrain wind farm case study in the Ecuadorian Andes. The Windfarm Villonaco is located in southern Ecuador, 640km of Quito, 2700 m a.s.l. with 16.5 MW power output. The objective is to compare actual power production from an existing wind farm with power production predicted by Meteodyn WT, which is a CFD tool based on a nonlinear flow model. The results of this work show that the calculation of the annual energy production of the Villonaco Wind Farm using Meteodyn WT is equal to 69.0 GWh / year, with a capacity factor of 53%.
CienciAmérica, 2020
En la actualidad las nuevas tecnologías definen la forma de gestionar la energía, los materiales ... more En la actualidad las nuevas tecnologías definen la forma de gestionar la energía, los materiales y la información, en fin, los recursos del territorio que se han de optimizar. No obstante, un evento aleatorio que surge en un mercado de China cambió rápidamente las perspectivas mundiales, con lo cual, se replanteó el sistema industrial y su complejidad. A nivel mundial las industrias se han visto afectadas por la pandemia generándose pérdidas económicas que implican desafíos operativos, puesto que, fue necesario bloquear parcialmente las actividades productivas y de movilidad para evitar la propagación del virus. En este sentido, la Universidad Tecnológica Indoamérica con la participación del Centro de diseño de Equipos Industriales de la Universidad Politécnica de Cataluña presentó el IV ENCUENTRO INTERNACIONAL DE CIENCIA, TECNOLOGÍA E INNOVACIÓN – RETOS Y OPORTUNIDADES INDUSTRIALES POST COVID-19, con la finalidad de identificar retos y oportunidades de corto y mediano plazo para mi...
CienciAmérica
La mayoría de la población mundial vive en zonas urbanas, es por esta razón que el desarrollo de ... more La mayoría de la población mundial vive en zonas urbanas, es por esta razón que el desarrollo de las mismas debe enmarcase en términos de sostenibilidad. En este sentido, la Universidad Tecnológica Indoamérica organizó el 1er Congreso en Sostenibilidad, Energía y Ciudad. Con el objetivo de impulsar la sostenibilidad de las ciudades intermedias en corto, mediano y largo plazo. Este encuentro académico contó con expertos en sostenibilidad, urbanismo, energía e industria que conformaron un comité científico internacional que se encargó de evaluar los procesos de sumisión de investigadores de diferentes partes del mundo. Como principal resultado de este proceso se presenta una edición especial de la revista CienciAmérica con investigaciones que aportan en las temáticas de sostenibilidad, energía y ciudad. Además, este grupo multidisciplinar de investigadores permitió transferir conocimiento entre instituciones académicas, plantear investigaciones, y analizar cómo es probable que las ciu...
CienciAmérica
La COVID-19 ha dejado en evidencia que nuestra vida cotidiana depende en una elevada proporción a... more La COVID-19 ha dejado en evidencia que nuestra vida cotidiana depende en una elevada proporción al acceso a la energía. Por tanto, ahora más nunca, es necesario potenciar las actividades de Km0 como la producción local de alimentos, pero también la captación local de energía. Este artículo es un intento de exponer y cuantificar los beneficios de una transición energética renovable en Ecuador post COVID-19 y post petróleo. Se caracterizó la generación, los consumos y las reservas de petróleo de Ecuador, y se aplicó el concepto de transición energética para evaluar las posibilidades de integración de renovables, la salida progresiva de las centrales térmicas y las estrategias energéticas futuras. Se tomó como base el año 2015 y se determinó que el uso energético fue de 154.0 TWh/año, que corresponde a un uso final de aproximadamente 147 TWh/año. Se planteó como objetivo la reducción esa demanda de uso final a 80.0 TWh/año al 2055 a través de la integración de renovables y eficiencia e...
En este trabajo se presenta un sistema de generación de energía eléctrica basado en un vórtice gr... more En este trabajo se presenta un sistema de generación de energía eléctrica basado en un vórtice gravitacional con sifón para comunidades aisladas, manufacturado en la provincia de Loja-Ecuador. El sistema es sumergible funciona como una central de paso y por su diseño se lo puede instalar directamente en canales de riego, ríos, etc. sin obras civiles importantes. La unidad de generación denominada UTG (Underwater Turbine Generator) está conformada por una turbina Kaplan, un generador sumergible síncrono multi-polo con imanes permanentes, un rectifi cador, un inversor, un vórtice gravitacional y un sifón de evacuación para ganar energía potencial. Además incluye un control integrado que permite realizar mediciones de los parámetros eléctricos del sistema. De acuerdo con los resultados de la medición de campo, el prototipo UTG basado en un vórtice gravitacional puede ofrecer de forma estable la energía eléctrica a las cargas conectadas, con un factor de planta del 60%.
This paper describes a complex terrain wind farm case study in the Ecuadorian Andes. The Windfarm... more This paper describes a complex terrain wind farm case study in the Ecuadorian Andes. The Windfarm Villonaco is located in southern Ecuador, 640 km of Quito, 2700 m a.s.l. with 16.5 MW power output. The objective is to compare actual power production from an existing wind farm with power production predicted by Meteodyn WT, which is a CFD tool based on a nonlinear flow model. The results of this work show that the calculation of the annual energy production of the Villonaco Wind Farm using Meteodyn WT is equal to 69.0 GWh / year, with a capacity factor of 53%.
Las zonas urbanas reúnen a la mayoría de la población mundial y concentran el uso de energía y re... more Las zonas urbanas reúnen a la mayoría de la población mundial y concentran el uso de energía y recursos, lo que las convierte en actores principales para la sostenibilidad. En este trabajo se describe una metodología para el diagnóstico de la sostenibilidad de los sistemas energéticos urbanos basada en técnicas de superposición de capas de información georreferenciadas. Se presenta un caso de estudio en Loja, Ecuador, en donde se analiza el vector eléctrico. Se contrastan los usos eléctricos de la zona urbana con la generación del cercano parque eólico Villonaco, lo que proporciona información sobre la capacidad de autoabastecimiento de la ciudad, permite evaluar la vulnerabilidad del sistema frente los escenarios previsibles para un futuro sistema eléctrico 100% renovable, y determinar cómo afrontarlos.
City growth goes together with the development of infrastructure, and the power network is one of... more City growth goes together with the development of infrastructure, and the power network is one of the most relevant towards economic development. The study of urban infrastructure through the analysis of anthropization coupled with power network growth can produce a tool that supports sustainable infrastructure planning, both economic and environmental. The case study focuses on Ambato, Ecuador, in the period from 1950 to 2019, and assesses quantitatively the changes in the city layout and the evolution of its power network. The data are adjusted to a sigmoid-type objective function through a non-linear least squares problem, that is solved using the Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno (BFGS) method. Anthropization data show how the urban area grew during the study period: at the expense of agricultural land. The forecast for new power network users by 2050 yields a result of 203,630 total users with a population density of 4850 people/km 2 . The conclusion is that this type of analysis can help city planners and decision makers further understand city and infrastructure growth dynamics and produce policies that bolster sustainable city growth.
En la actualidad las nuevas tecnologías definen la forma de gestionar la energía, los materiales ... more En la actualidad las nuevas tecnologías definen la forma de gestionar la energía, los materiales y la información, en fin, los recursos del territorio que se han de optimizar. No obstante, un evento aleatorio que surge en un mercado de China cambió rápidamente las perspectivas mundiales, con lo cual, se replanteó el sistema industrial y su complejidad.
La COVID-19 ha dejado en evidencia que nuestra vida cotidiana depende en una elevada proporción a... more La COVID-19 ha dejado en evidencia que nuestra vida cotidiana depende en una elevada proporción al acceso a la energía. Por tanto, ahora más nunca, es necesario potenciar las actividades de Km0 como la producción local de alimentos, pero también la captación local de energía. Este artículo es un intento de exponer y cuantificar los beneficios de una transición energética renovable en Ecuador post COVID-19 y post petróleo. Se caracterizó la generación, los consumos y las reservas de petróleo de Ecuador, y se aplicó el concepto de transición energética para evaluar las posibilidades de integración de renovables, la salida progresiva de las centrales térmicas y las estrategias energéticas futuras. Se tomó como base el año 2015 y se determinó que el uso energético fue de 154.0 TWh/año, que corresponde a un uso final de aproximadamente 147 TWh/año. Se planteó como objetivo la reducción esa demanda de uso final a 80.0 TWh/año al 2055 a través de la integración de renovables y eficiencia energética, para lo cual se planificaron 5 fases de transición hasta obtener un sistema 100% renovable. Se concluye que es técnicamente posible y económicamente viable la transición energética en Ecuador, sin renunciar al bienestar energético que disfrutamos actualmente.
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