4. Vascular endothelial growth factor (VEGF): VEGFs are dimorphic glycoproteins that bind to tyrosine kinase receptors (VEGFR) and play an important role in the
5.5 HPV detection and quantitation in plasma:
5.5.2. Amplification using consensus primers MY09/11:
PARA LA ATENUACIÓN DE CAMPO ELÉCTRICO
Para el diseño de un sistema de atenuación de campo eléctrico con materiales no lineales, se realizaron una serie de simulaciones en el paquete Comsol para cálculo de campos electromagnéticos. Al igual que en secciones anteriores se consideró una dimensión de espacio 2D axial simétrico usando el módulo de campos cuasi- estacionarios en el dominio de la frecuencia.
Del modelo original visto en el Capítulo 2, sección 2.8, se modificó la geometría en la brida brida de montaje como se muestra en la
Figura 4-4, esto debido a que en la parte de la brida se generaba un efecto punta. Las propiedades de los materiales considerados para este sistema son los utilizados en la sección 2.8, pero es este caso a las propiedades del material se le agregó la conductividad correspondiente a cada material. La Tabla 4-1 muestra los materiales y sus propiedades. Las condiciones de frontera son las mismas que en la sección 2.8 y se consideró un valor de frecuencia de 60 Hz.
CAPÍTULO 4. CONTROL DE ESFUERZOS EN BOQUILLAS DE ALTA TENSIÓN MEDIANTE EL USO DE MATERIALES CON CONDUCTIVIDAD NO LINEAL.
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Material Conductividad σ Permitividad ( �)
Aire − 1
Silicón − 3
Fibra de vidrio − 3
Aceite − 2.5
Figura 4-3 Geometría original
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104
Al ser un problema no lineal se utilizan los valores de tensión pico y no los RMS. Como se mencionó en la sección anterior, la no linealidad dependerá del valor máximo de tensión o tensión pico, es decir, la tensión de diseño original de la boquilla es de 170 kV que es la tensión de línea; este valor es RMS. Para obtener el valor pico se multiplica por √ obteniendo un resultado de 240 kV. Para obtener el valor de fase a tierra RMS se divide 170 kV entre √ dando un valor de 98.14 kV. Este valor se multiplica por √ dando un resultado de 138.8 kV, que es el valor pico de fase a tierra.
Antes de la aplicación del material no lineal se realizaron las simulaciones con los valores pico de fase y de línea en una boquilla sin sistema de atenuación. Esto para poder tener una referencia de los valores de campo eléctrico que se presentan en la boquilla. Posteriormente se realizaron las simulaciones considerando el material no lineal y se compararon los valores resultantes. Estos resultados se muestran en las siguientes secciones.
4.3.1
Resultado de las simulaciones con valores pico de fase y de línea.
El resultado obtenido de campo eléctrico para la tensión pico de 138.8 kV de fase a tierra sin el material no lineal es de . / . La Figura 4-5 muestra la distribución de las líneas equipotenciales; se observa que hay una concentración de estas líneas en la zona cercana a la brida de montaje. En la Figura 4-6 se muestra la gráfica del valor de campo eléctrico resultante de la simulación. La gráfica es del campo sobre la superficie del aislador de la boquilla y se puede notar que el máximo campo eléctrico es en la zona cercana a la brida.CAPÍTULO 4. CONTROL DE ESFUERZOS EN BOQUILLAS DE ALTA TENSIÓN MEDIANTE EL USO DE MATERIALES CON CONDUCTIVIDAD NO LINEAL.
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Figura 4-5 Distribución de líneas equipotenciales de la boquilla sin material no lineal.
Figura 4-6 Campo eléctrico con tensión pico de fase 138.8 kV sobre la boquilla sin material no lineal.
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El valor de campo eléctrico para la tensión de línea pico (240 kV) sin material no lineal es de . . La Figura 4-7 muestra la distribución de las líneas equipotenciales y la
Figura 4-8 muestra la gráfica del valor de campo eléctrico resultante de la simulación.
Figura 4-7 Distribución de líneas equipotenciales con tensión pico de línea de 240 kV
Longitud de arco [m] Ca m po elé ctri co , n orm a [ V /m ]
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Figura 4-8 Campo eléctrico con tensión pico de línea de 240 kV
Como se mencionó en el Capítulo 3, el valor de campo eléctrico para aislamiento externo a 0.5 mm de la superficie se sugiere que no sea mayor a un valor pico de . V/m. Los valores resultantes de campo eléctrico para las tensiones pico de fase y de línea exceden el valor recomendado.
4.3.2
Resultado de simulaciones con valores pico de fase y de línea con la
implementación de materiales no lineales.
Para atenuar el campo eléctrico se aplicó una pantalla cilíndrica de material no lineal. Al ser una geometría 2D axial simétrica, la pantalla es representada en forma de una recta. El espesor de esta pantalla fue de 1 cm y fue colocada entre los materiales aislantes que son el aceite y la fibra de vidrio, como se muestra en la Figura 4-9.
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Como se mencionó anteriormente, la conductividad de un material compuesto con microvaristores exhibe un comportamiento altamente no lineal, que puede ser representado por una función exponencial como la que se tiene en la ecuación 4-1. La constante k determina la tasa de cambio en la conductividad durante la transición de aislante a conductor.
� ̅ = � ∗
|̅| ( 4-1)Para las propiedades de la pantalla con material no lineal, la permitividad relativa suele ser considerada alta; en este caso se le dio un valor de 15.
En este trabajo se consideran tres materiales con conductividad no lineal. Los valores de σ y K son presentados en la Tabla 4-2. Estos valores del material fueron sustituidos en la ecuación 4-1 como la conductividad. Se tomó en cuenta que la utilización de materiales no lineales al tener cierta conductividad presenta pérdidas por efecto Joule. El calor generado puede llegar a provocar que se presenten puntos calientes, lo que puede ser problemático para el material de la boquilla. En los resultados también se reportan los valores de calor máximo y su distribución en la superficie de la pantalla de material con conductividad no lineal.
Tabla 4-2Materiales no lineales [15].
Compuesto σ [S/m] k[m/V]
ZnO-VM-1 . − ± . − . − ± . −
ZnO-VM-2 . − ± . − . − ± . −
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4.3.2.1 Resultados de la simulación utilizando el material ZoN-VM-1 obtenidos para la tensión pico de fase de 138.8 kV
En la Figura 4-10 se muestran las líneas equipotenciales en las que se observa que en el lugar donde se tenía la concentración de campo, las líneas fueron más espaciadas una de otra. Para observar el valor que alcanzó el campo eléctrico sobre la superficie de los faldones de la boquilla se grafica el campo eléctrico, como se muestra en la Figura 4-11.
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Figura 4-11 Gráfica de campo eléctrico en la superficie del aislador de la boquilla a 138.8 kV con material ZoN-VM-1.
En la Figura 4-11 se observa que el valor máximo que alcanza el campo tangencial disminuye a un valor de . � V/m.
Para conocer los valores de calor que se tienen en la pantalla se graficó el calor sobre ésta. Se muestra en la Figura 4-12 que el calor máximo que llega a presentarse en la parte baja de la pantalla es de 3.065 W/m3
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Figura 4-12 Gráfica de calor a 138.8 kV con material ZoN-VM-1.
En la Figura 4-13 se graficó la conductividad que adquiere la pantalla con un material ZoN-VM-1. Se puede observar que para un campo eléctrico bajo, el material se comporta como un aislante, pero cuando hay un incremento de campo eléctrico, la pantalla con material no lineal comienza a incrementar su conductividad eléctrica. Para una tensión de 138.8 kV, la pantalla de material no lineal alcanzó un valor máximo de conductividad de . � − S/m.
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Figura 4-13 Conductividad 138.8 kV con material ZoN-VM-1.
4.3.2.2 Resultados de la simulación utilizando el material ZoN-VM-2 obtenidos para la tensión pico de fase de 138.8 kV
La Figura 4-14 muestra como al utilizar ZoN-VM-2 las líneas equipotenciales se distribuyen de mejor forma que con el material ZoN-VM-1, haciendo que la distribución del campo eléctrico se reduzca aún más. La gráfica de la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. Figura 4-15 muestra que el valor de campo eléctrico disminuyó, incluso se ha recorrido del lugar original donde se había generado para el material ZoN- VM-1.
La Figura 4-16 muestra la gráfica del calor. Para este material el calor disminuyó a 2.65 W/m³ y, como se puede ver en la gráfica, el calor máximo se presenta en la misma zona aunque se extiende más hacia arriba que para el caso del material ZoN-VM-1.
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Figura 4-14 Líneas equipotenciales a 138.8 kV con material ZoN-VM-2
Figura 4-15 Gráfica de campo eléctrico en la superficie del aislador de la boquilla a 138.8 kV con material ZoN-VM-2
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Figura 4-16 Gráfica de calor a 138.8 kV con material ZoN-VM-2
La conductividad que alcanza el material ZoN-VM-2 se muestra en la Figura 4-17. Se puede observar que la conductividad fue mayor en comparación con la alcanzada por el ZoN-VM-1, pero el campo eléctrico y el calor se reducen de forma considerable.
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Figura 4-17 Conductividad 138.8 kV con material ZoN-VM-2.
4.3.2.3 Resultados de la simulación utilizando el material ZoN-VM-3 obtenidos para la tensión pico de fase de 138.8 kV
La Figura 4-18 muestra la distribución de líneas equipotenciales utilizando ZoN-VM-3. Se puede notar que la separación de las líneas no fue mayor que con la aplicación del material ZoN-VM-2.
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Figura 4-18 Líneas equipotenciales a 138.8 kV con material ZoN-VM-3
La ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. Figura 4-19 muestra la gráfica de campo eléctrico. Se puede apreciar como los picos a lo largo de 0.1 m son de un valor mayor que con el material ZoN-VM-2.
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Figura 4-19 Gráfica de campo eléctrico a 138.8 kV con material ZoN-VM-3
La disipación de calor con el material ZoN-VM-3 no mostró una mejora en comparación con el material ZoN-VM-2. Los valores son muy similares, como lo muestra la Figura 4-20.
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Figura 4-21 Conductividad 138.8 kV con material ZoN-VM-3
En las tablas 4-3 y 4-4 se resumen los resultados para boquilla original y para la boquilla con material de conductividad no lineal.
Tabla 4-3 Resultado de simulaciones sin material no lineal.
Resultado de simulaciones sin material no lineal
Tensión de prueba Campo Eléctrico Máximo(v/m) Calor Máximo (W/m³)
138.8 kV . � -
240 kV . � -
Tabla 4-4 Resultados de simulaciones con material no lineal.
Tensión de prueba Material Campo Eléctrico (V/m) Calor (W/m³) Conductividad (S/m) 138.8 kV ZnO-VM-1 . � 3.065 . � − 138.8 kV ZnO-VM-2 . � 2.65 . −
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De acuerdo con los resultados de las simulaciones con material no lineal, el material que presentó una mejor atenuación del campo eléctrico fue el ZnO-VM-2. Así mismo, el calor que se presentó fue menor que el de los materiales restantes. Como se puede ver en la Tabla 4-4 el valor de conductividad del ZnO-VM-2 fue el mayor.
Para la tensión pico de línea a 240 kV, se simuló solo con el material ZnO-VM-2 debido a que fue el material que mejores resultados presentó. Los resultados se discuten en la siguiente sección.
4.3.2.4 Resultados de la simulación utilizando el material ZnO-VM-2 obtenidos para la tensión pico de fase de 240 kV.
Tabla 4-5. Resultados de simulaciones con material no lineal ZnO-VM-2 para la tensión pico de fase de 240 kV
La concentración de líneas equipotenciales para una tensión de 240 kV se muestran en la Figura 4-22. Es interesante ver como el material no lineal a este nivel de tensión se vuelve prácticamente conductor desplazando las líneas equipotenciales hacia la parte superior de la boquilla.
La Figura 4-23 muestra como el campo eléctrico máximo disminuyó en el lado de la brida aterrizada pero incremento a valores muy elevados en la vecindad del lado de alta tensión.
138.8 kV ZnO-VM-3 . � 2.77 . −
Tensión de prueba Material Campo Eléctrico (v/m) Calor (W/m³) Conductividad (S/m) 240 kV ZnO-VM-2 . � 130 .
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Figura 4-22 Distribución de lineal equipotenciales del material ZnO-VM-2.
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La gráfica de la Figura 4-24¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. muestra la distribución de calor. Como se puede observar fue mayor a todas las simulaciones anteriores, debido a que el valor de campo eléctrico es muy elevado.
Figura 4-24 Gráfica de calor a 240 kV con material ZnO-VM-2
La Figura 4-25 muestra como el valor de conductividad alcanza valores muy elevados, algo que resulta impráctico.
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Figura 4-25 Gráfica de conductividad a 240 kV con material ZnO-VM-2.