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Algunos convertidores de energía con flujos y fuerzas no estacionarios: Circuitos RC, RL y RLC

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dc.contributor.author Valencia Ortega, Gabriel
dc.date.accessioned 2020-08-13T02:21:13Z
dc.date.available 2020-08-13T02:21:13Z
dc.date.created 2014-06-22
dc.date.issued 2020-08-12
dc.identifier.citation Valencia Ortega, Gabriel (2015). Algunos convertidores de energía con flujos y fuerzas no estacionarios: circuitos RC, RL y RLC. (Maestría en Ciencias Fisicomatemáticas). Instituto Politécnico Nacional, Sección de Estudios de Posgrado e Investigación, Escuela Superior de Física y Matemáticas, México. es
dc.identifier.uri http://tesis.ipn.mx/handle/123456789/28453
dc.description Tesis (Maestría en Ciencias Fisicomatemáticas), Instituto Politécnico nacional. SEPI, ESFM, 2015, 1 archivo PDF, (105 páginas). tesis.ipn.mx es
dc.description.abstract RESUMEN: Todos los procesos que ocurren en la naturaleza se encuentran en estados fuera de equilibrio, una parte de estos fenómenos puede ser estudiada por la termodinámica de los procesos irreversibles en el régimen lineal. A partir de los estados estacionarios es posible caracterizar determinados sistemas, en este esquema todo proceso implica la existencia de una o más fuerzas que hacen el efecto macroscópico de modificar las condiciones iniciales de los sistemas. Estos estados estacionarios son una buena aproximación de diversos fenómenos en la naturaleza, siempre que se consideren los tiempos de relajación del sistema objeto de estudio. Debido a que sin fuerzas no hay procesos, en 1947 Prigogine postuló que si existe una relación lineal entre flujos y fuerzas en un sistema, entonces este tenderá a un estado estacionario en el que la producción de entropía sea mínima. Sin embargo, no todos los estados estacionarios en un sistema son de mínima producción de entropía [ver S. R. de Groot, Termodinámica de los procesos irreversibles, Ed. Alhambra, Madrid, 1968], es decir, para convertidores de energía lineales es posible que realicen otros estados estacionarios diferentes al de Prigogine. En este trabajo describimos las condiciones que implican otro estado estacionario distinto al de Prigogine, ya que este depende esencialmente de la forma de operar el convertidor y de su diseño a partir de los coeficientes fenomenológicos de Onsager. Existe una relación entre los modos de operación y los coeficientes fenomenológicos a través de ciertos coeficientes de acoplamiento; para este caso se utiliza la información extratermodinámica que proporciona el criterio de máxima potencia eficiente que se encuentra acotado entre el estado de mínima producción de entropía y el de máxima potencia de salida. Finalmente, se encontraron ejemplos de convertidores de energía isotérmicos no estacionarios que cumplen con las relaciones de reciprocidad de Onsager, por tanto se pueden establecer los respectivos regímenes de operación para lograr algún objetivo, por ejemplo aquel que realice el mejor compromiso. Los ejemplos de convertidores de energía que se consideran son circuitos eléctricos con elementos transitorios (RC, RL y RLC). Las ecuaciones dinámicas de estos convertidores son estrictamente ecuaciones integrodiferenciales, sin embargo cuando se les aplica una transformada integral (transformada de Laplace) las nuevas ecuaciones están en el espacio de frecuencias y pueden ser invertibles; la consecuencia es la aparición de coeficientes fenomenológicos dependientes del tiempo, de esta forma los parámetros conocidos como coeficiente de acoplamiento y razón de fuerzas son también función del tiempo. Cada uno de estos circuitos exhibe un comportamiento particular en las funciones características que está determinado por la naturaleza de cada uno de sus elementos no pasivos. Además de recuperar el comportamiento temporal ya conocido por la teoría de circuitos eléctricos se pueden encontrar las condiciones óptimas para que cada uno de estos convertidores exhiba un compromiso entre el modo de operar el convertidor y su diseño, en particular se estudia el compromiso a máxima potencia eficiente. ABSTRACT: All processes that occur in nature are in states outside of equilibrium, some of these phenomena can be studied by thermodynamics of irreversible processes in the linear regime.From these steady states, some systems can be to characterized. Every process in this scheme implies the existence of one or more forces that make the macroscopic effect of changing the initial conditions of systems. These stationary states are a good approximation of several phenomena in nature, if we suppose that the relaxation times of the system under study exist. Due to there is not processes without forces, in 1947 Prigogine postulate that if there is alinear relationship between flows and forces in a system, then this will tend to a steady state in which entropy production is minimal.However, not all the steady states of a system are minimal entropy production [see S. R. de Groot, Termodinámica de los procesos irreversibles, Ed. Alhambra, Madrid, 1968], that is, for linear energy converters is possible that make other stationary states other than the Prigogine. In this paper we describe the conditions involving other steady state different to the Prigogine, as this steady state depends essentially on how to operate the converter and its design from the Onsager phenomenological coefficients. There is a relationship between operation modes and the phenomenological Coefficients through certains coupling coefficients. In our case we use the additional thermodynamic information provided by the criterion of maximum efficient power, this criterium falls between the minimum entropy production state and maximum output power state. Finally, we found some examples of isothermal nonsteady energy converters that meet the Onsager reciprocity relations, therefore you can set the respective regimes of operation to achieve some compromise for example, one to perform the best compromise. We considered transients electrical circuits as examples of energy converters (RC, RL and RLC).The dynamic equations of these converters are strictly integral differential equations, however when we applied them an integral transformation (Laplace transform), the new equations are in the frequency space and can be invertible; one consequence is the appearance of time dependent phenomenological coefficients, thus the parameters known as coupling coefficient and ratio forces are also a function of time. Each of these circuits exhibit a particular behavior on the characteristic functions and it is determined by the nature of every transient element. In addition, we recover the temporal behavior already known by electrical circuit theory, it is possible to find the optimum conditions for each of these converters and they exhibit a compromise between mode to operate the converter and its design, in particular we studied a performance called maximum efficient power. es
dc.language.iso es es
dc.subject Circuitos RC, RL y RLC es
dc.subject Convertidores de energía es
dc.subject Estados estacionarios es
dc.title Algunos convertidores de energía con flujos y fuerzas no estacionarios: Circuitos RC, RL y RLC es
dc.contributor.advisor Arias Hernández, Luis Antonio


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