ENSAYO SOBRE EQUIPO DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EƒE

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1 ENSAYO SOBRE EQUIPO DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EƒE OCTUBRE 211

2 1. OBJETO METODOLOGIA DE ENSAYOS EQUIPO ENSAYADO DESCRIPCIÓN CARGAS ENSAYADAS Carga 1: Motor Asíncrono Carga 2: Banco de resistencias regulables Carga 3: Instalación de clima DESCRIPCION DE LOS ENSAYOS Ensayo Ensayo Ensayo ANALISIS DE RESULTADOS Ensayo Ensayo Ensayo CONCLUSIONES classea.cat Página 1 de 25

3 1. OBJETO El presente informe corresponde al ensayo del un Equipo EƒE de 58kW, solicitado por la empresa SUN POWER ENERGY CORPORATION a ENGINYERIA CLASSE A, SLP. El objeto de estos ensayos es evaluar el comportamiento de una instalación con y sin equipo EƒE instalado. Detectando, evaluando y calculando los cambios en los parámetros eléctricos correspondientes a la instalación del equipo EƒE en una instalación. Mediante los ensayos realizados se representará de forma analítica y gráfica la influencia del equipo EƒE en los siguientes parámetros eléctricos: Tensión Corriente Potencia Activa Potencia Inductiva Potencia Capacitiva Potencia Aparente Factor de Potencia Armónicos 2. METODOLOGIA DE ENSAYOS Para evaluar el comportamiento del equipo EƒE se han realizado 3 ensayos, con tres tipos de cargas diferentes. Dos de ellos realizados en laboratorio y el restante en una instalación de climatización con 4 equipos independientes. Si bien la finalidad de los ensayos es la evaluación de la influencia del equipo en una instalación, las pruebas se han realizado de forma controlada con la única finalidad de comprobar los cambios en los parámetros eléctricos anteriormente descritos. Por lo tanto los tiempos de cada uno de los ensayos son reducidos pero la toma de muestras ha sido realizada con la máxima frecuencia posible para el análisis de los cambios en cada parámetro eléctrico (entre 1s y 2s). Para cada uno de los ensayos se han creado secuencias diferentes de conexión/desconexión de cargas, con equipo y sin equipo EƒE instalado. Siguiendo las mismas secuencias y tiempos de prueba en cada uno de ellos. Los datos se han registrado mediante un Analizador de red CIRCUITOR AR5 L y se han alimentado mediante una fuente de tensión trifásica en laboratorio y mediante conexión a red en la instalación de clima. Cada uno de los ensayos se ha realizado de forma independiente con las mismas condiciones de temperatura para cada uno de ellos, siguiendo los mismos protocolos en todos los ensayos individuales. classea.cat Página 2 de 25

4 3. EQUIPO ENSAYADO El equipo evaluado es un EQUIPO DE EFICIENCIA ENERGETICA EƒE trifásico de 58kW. Denominado como Filtro Estabilizador Bidireccional Electrónico. Equipo con la siguiente ficha técnica: Tensión nominal: 1 45V Potencia absorbida: 5W Frecuencia nominal: 5 6Hz Temperatura de funcionamiento: 25 C/6 C Medidas: 23,6 x 46 x 16 Normas: IP65 según IEC6529 / IK9 según EN DESCRIPCIÓN CARGAS ENSAYADAS Como se indica en el punto 2, se han realizado tres ensayos con tres cargas diferentes. Dos ensayos independientes en laboratorio y un tercer ensayo en una instalación de clima. Controlando el comportamiento de las cargas en cada uno de ellos. En laboratorio se ha utilizado una fuente de alimentación regulable trifásica de V a 4V para alimentar las cargas utilizadas. Mientras que la instalación de climatización posee una alimentación de red de 3x133/23V. A continuación se describe cada una de las tres cargas utilizadas Carga 1: Motor Asíncrono Como primera carga ensayada se ha utilizado un motor trifásico asíncrono en vacio conectado en Y, de la casa AEG y con la siguiente descripción de placa: Conexión: Δ/Y 22/38V Corriente: 16,8/9,7A Potencia: 4,6kW cosϕ:,85 rpm: /min Frecuencia: 5Hz Aislación: IP54 classea.cat Página 3 de 25

5 4.2. Carga 2: Banco de resistencias regulables Banco con tres resistencias independientes regulables paso a paso de Ω a 183Ω, U max =23V. Cada una de las resistencias permite 8 posiciones de regulación mediante un conmutador de superficie. Siendo posible la regulación de las mismas en plena carga, variando su resistencia. Cada posición de regulación posee un valor de R según la siguiente tabla: Posición R [ohm] En el ensayo realizado las resistencias se han mantenido estables a 26Ω creando una corriente de paso de 8,2A y una potencia de carga aproximada de 18W por fase Carga 3: Instalación de clima Como tercera carga se ha ensayado una instalación comercial de clima, constituida por 4 equipos independientes con las siguientes características: 2 equipos con bomba de calor partida 1x1 de potencia frigorífica 14kW y potencia calorífica 16kW a 4V. Con un consumo individual de 4,8kW suministrados mediante un transformador de 13KVA individual para cada uno de los equipos. 2 equipos con bomba de calor partida 1x1 de potencia frigorífica 1kW y potencia calorífica 12,5kW a 23V. Con un consumo individual de 4,8kW monofásicos suministrados mediante un transformador de 15KVA para los dos equipos. 5. DESCRIPCION DE LOS ENSAYOS En total se han realizado 5 pruebas diferentes en los tres ensayos realizados. Cada ensayo corresponde a una de las cargas enumeradas y las pruebas realizadas en cada ensayo corresponden a un cambio en la secuencia de conexión/desconexión de las cargas. Pruebas que se han realizado dos veces cada una; sin equipo y con equipo EƒE conectado. La siguiente tabla describe un resumen de los ensayos y pruebas realizadas, descriptas a continuación. classea.cat Página 4 de 25

6 ENSAYOS Y PRUEBAS REALIZADAS CARGA ENSAYO PRUEBA SECUENCIA CON EQUIPO 1 SIN EQUIPO CARGA 1: MOTOR AS 1 2 PRUEBA UNICA CARGA 2: RESISTENCIAS CARGA 3: INST. CLIMA 3 2 CON EQUIPO SIN EQUIPO CON EQUIPO SIN EQUIPO CON EQUIPO SIN EQUIPO 5.1. Ensayo 1 El primer ensayo realizado consta de 2 pruebas sobre el motor asíncrono (Carga 1). Las primer prueba consta de dos secuencias análogas realizadas en primer término sin el equipo EƒE instalado y posteriormente con el equipo EƒE conectado. Para poder evaluar, mediante los datos adquiridos, los cambios de los parámetros eléctricos a estudiar. Esta primera prueba sigue las siguientes pautas de funcionamiento: tras un periodo de 1`` con la tensión de alimentación a V se eleva la misma hasta 4V alimentando al motor y registrando su arranque y funcionamiento en vacio durante 1`3``. Registrando todos los parámetros eléctricos cada segundo. Una vez transcurrido el tiempo de ensayo desconectamos el analizador sin desconectar la carga. Posteriormente se realizo la misma prueba, siguiendo las mismas pautas de funcionamiento con el equipo EƒE conectado desde el primer momento. Tomando los mismos registros durante todo el periodo, obteniendo una muestra comparable con la primera. Estos ensayos se encentrarán referenciados en el Anexo de Ensayos realizados bajo el titulo Ensayo 1, Prueba 1. La segunda prueba realizada con la misma Carga 1, consta de un periodo de ensayo de 4 minutos, en donde arrancamos la toma de datos con el motor a plena carga, conectado sin el equipo EƒE en funcionamiento. Tras 1 minuto de ensayo, activamos el equipo EƒE sin desconectar, ni modificar la carga, continuando la toma de datos cada segundo durante 2 minutos. Transcurridos estos dos minutos, desactivamos el equipo EƒE sin desconectar ni parar la carga, registrando datos durante un minuto más. Con esta prueba podremos analizar como modifica los parámetros eléctricos la conexión o desconexión del equipo EƒE en una carga con características especificas. Este ensayo se encentrará referenciado en el Anexo de Ensayos realizados bajo el titulo Ensayo 1, Prueba 2. classea.cat Página 5 de 25

7 5.2. Ensayo 2 El ensayo 2 consta de 1 prueba con dos secuencias análogas cuyo objetivo fue analizar la influencia del equipo EƒE sobre una carga resistiva pura. Para este ensayo se utilizo la carga 2 (Banco de Resistencias) configurando las tres resistencias en la misma posición, obteniendo una carga resistiva trifásica equilibrada de aproximadamente 5kW. Al igual que en el ensayo anterior, la prueba se realizo en primer término sin el equipo EƒE conectado, registrando todos los parámetros eléctricos cada segundo con la carga resistiva conectada a plena carga durante 1`3``.Deteniendo la toma de datos, una vez transcurrido el tiempo, sin modificar ni desconectar la carga. Posteriormente, se realizo la misma prueba con el equipo EƒE conectado en todo momento. Registrando los mismos parámetros durante el mismo tiempo de ensayo, obteniendo los datos necesarios para comparar y analizar con la secuencia anterior. Estos ensayos se encontrarán referenciados en el Anexo de Ensayos realizados bajo el titulo Ensayo 2, Prueba Ensayo 3 El tercer ensayo se ha realizado en una instalación de climatización real, en donde encontramos las cargas descriptas anteriormente como Carga 3 (equipos de clima). En este ensayo realizamos 2 pruebas, siguiendo el mismo formato de los ensayos 1 y 2. En primer término realizamos la prueba sin el equipo EƒE conectado y posteriormente realizamos la misma prueba con el equipo conectado en todo momento para obtener una muestra comparable con su antecesora. La primer prueba de este tercer ensayo consistió en realizar un arranque progresivo de la instalación, conectando una a una progresivamente cada una de las maquinas. Comenzando con las maquinas desconectadas durante 15``, se fueron conectando los equipos de clima de uno en uno cada 4``, registrando todos los parámetros eléctricos cada 2``. Transcurridos 4`` a plena carga, se detuvo el registro de datos, sin modificar ni desconectar las cargas. Posteriormente se realizo la misma prueba, durante los mismos tiempos y siguiendo la misma secuencia de conexión pero en esta ocasión con el equipo EƒE conectado en todo momento. Obteniendo de esta forma una secuencia comparable y analizable con su antecesora. Estos ensayos se encontrarán referenciados en el Anexo de Ensayos realizados bajo el titulo Ensayo 3, Prueba 1. La última prueba, realizada con la Carga 3, consistió en un registro de datos comenzando a plena carga, con los 4 equipos de clima en funcionamiento, durante 3``, transcurrido este classea.cat Página 6 de 25

8 tiempo se desconectaron dos de los equipos durante 5``, volviendo a conectarlos durante 5`` para obtener nuevamente un registro de plena carga. Transcurrido este tiempo, se procedió a detener la toma de datos, sin modificar ni desconectar la carga. Como en los casos anteriores, la siguiente secuencia consistió en realizar la misma prueba anterior con el equipo EƒE conectado en todo momento, obteniendo una muestra comparable y analizable con su antecesora. Estos ensayos se encontrarán referenciados en el Anexo de Ensayos realizados bajo el titulo Ensayo 3, Prueba ANALISIS DE RESULTADOS A continuación analizaremos los resultados más significativos de los ensayos y pruebas realizadas y enumeradas anteriormente Ensayo 1 En la primera prueba del ensayo 1 podemos observar como las corrientes de fase bajan significativamente, dentro de su orden de magnitud, una vez se estabiliza el consumo del motor. Si bien el pico máximo es prácticamente igual, en régimen permanente bajamos de aproximadamente 3,5A a 1,2A en el mismo periodo y estabilizamos las corrientes una vez pasado el transitorio del arranque del motor, como podemos observar en las siguientes gráficas. Gráfica Corriente sin equipo EƒE conectado classea.cat Página 7 de 25

9 Intensidades sin equipo I1 I2 I3 12 I (Amperios) Gráfica Corriente con equipo EƒE conectado Intensidades con equipo I1 I2 I3 12 I (Amperios) classea.cat Página 8 de 25

10 A continuación se expone la potencia activa [W] del mismo ensayo, como se observa en la gráfica 1.1.5, en donde se puede comparar el consumo del motor sin el equipo y con el equipo EFE conectado. Ilustrando una bajada en el consumo de potencia activa aproximada de 4W a 32W. Gráfica Potencia Activa 25 2 Potencia Activa. P.Activa sin Equipo P.Activa con Equipo W (Watios) Otro aspecto que se mejora en la prueba 1 del ensayo 1 es el factor de potencia del motor asíncrono, recordando que se encuentra en vacio, pasamos de un ángulo de desfase de aproximadamente 8 en régimen permanente a 65 con el equipo conectado. Diferencia que se puede apreciar en la siguiente gráfica. classea.cat Página 9 de 25

11 Gráfica Ángulo de desfase (factor de potencia) 9 85 Ángulo desfase (factor de potencia. Ángulo sin Equipo Ángulo con Equipo Ángulo (grados decimales) En la prueba 2 del ensayo 1 podemos estudiar los mismos parámetros con un comportamiento de conexión diferente, ensayando siempre en régimen permanente. Lo primero que podemos observar es la caída de corriente en las tres fases, al conectar el equipo EƒE durante la prueba. Una diferencia importante que se puede apreciar en la siguiente gráfica, correspondiendo la caída de corriente al instante en el que se conecta el equipo y la subida al momento en el que se desconecta. classea.cat Página 1 de 25

12 Gráfica Corrientes por fase (Ensayo 1, Prueba 2) 4 Intensidades 3.5 I (Amperios) I1 I2 I Como era de esperar el consumo de potencia activa sigue la misma tendencia, experimentando una caída al momento de conectar el equipo y una subida al desconectarlo, al igual que el ángulo de desfase que mejora con el equipo y vuelve a su valor anterior al momento de desconectarlo. Tendencias que podemos observar en las siguientes dos gráficas. Gráfica Potencia Activa (Ensayo 1, Prueba 2) classea.cat Página 11 de 25

13 44 Potencia Activa W (Watios) Gráfica Ángulo de desfase (factor de potencia, Ensayo 1, Prueba 2) 82 Ángulo desfase (factor de potencia) Ángulo (grados decimales) Ensayo 2 classea.cat Página 12 de 25

14 En la prueba del segundo ensayo podemos observar, un pequeño aumento de la corriente debido a la conexión del equipo. Recordemos que la carga 2 se constituye de una carga resistiva pura, difícilmente localizable en cabecera de una instalación eléctrica. Este tipo de cargas representan un factor de potencia muy cercano a 1, por lo que cualquier modificación en la instalación lo empeoraría. De esta forma, la conexión del equipo EƒE hace bajar la potencia activa medida en cabecera, ya que modifica el factor de potencia a un valor cercano a,98. Estas variaciones en corriente, potencia activa y factor de potencia las podemos observar en las siguientes gráficas 2.1.3, 2.1.4, y respectivamente. Gráfica Corriente de fase sin el equipo EFE conectado (Ensayo 2, Prueba1) 8.4 Intensidades sin equipo I (Amperios) I1 I2 I Gráfica Corriente de fase con el equipo EƒE conectado (Ensayo 2, Prueba1) classea.cat Página 13 de 25

15 8.8 Intensidades con equipo I (Amperios) I1 I2 I3 Gráfica Potencia Activa (Ensayo 2, Prueba 1) 56 Potencia Activa. 555 W (Watios) P.Activa sin Equipo P.Activa con Equipo Gráfica Ángulo de desfase (Ensayo 2, Prueba 1) classea.cat Página 14 de 25

16 18 16 Ángulo desfase (factor de potencia). Ángulo sin Equipo Ángulo con Equipo 14 Ángulo (grados decimales) Ensayo 3 En las dos pruebas del tercer ensayo se registran datos significativos ya que la instalación posee características diferentes a las cargas controladas de los dos primeros ensayos. En primer término analizaremos la prueba 1, donde se conectaban de manera progresiva cada una de las máquinas de clima. Podemos observar en las gráficas y como varían las corrientes de fase en la instalación con y sin equipo conectado, registrando un descenso en la media de las mismas. Gráfica Corriente sin el equipo EƒE conectado (ensayo 3, prueba 1) classea.cat Página 15 de 25

17 Intensidades sin equipo I1 I2 I3 I (Amperios) Gráfica Corriente con el equipo EƒE conectado (Ensayo 3, Prueba 1) 45 Intensidades con equipo I (Amperios) I1 I2 I classea.cat Página 16 de 25

18 Una variación que se puede apreciar en la gráfica es la diferencia de potencia activa con y sin equipo en la instalación. Gráfica Corriente con el equipo EƒE conectado (Ensayo 3, Prueba 1) 12 1 Potencia Activa. P.Activa sin Equipo P.Activa con Equipo 8 W (Watios) En este ensayo se pudo apreciar una variación sustancial de la forma de onda de las corrientes, compensando las corrientes de fase, como podemos observar en las gráficas y en donde se aprecia un desequilibrio en la onda de corriente sin equipo y corregido con el equipo EƒE conectado. classea.cat Página 17 de 25

19 Gráfica Forma de onda tensión y corriente sin equipo (Ensayo 3, Prueba 1) V (Voltios) Onda de Tensión. (sin equipo) L1 L2 L3 A (Amperios) t (segundos) Onda de corriente. (sin equipo) t (segundos) L1 L2 L3 Gráfica Forma de onda tensión y corriente con equipo (Ensayo 3, Prueba 1) V (Voltios) Onda de Tensión. (con equipo) L1 L2 L3 A (Amperios) t (segundos) Onda de Corriente. (con equipo) t (segundos) L1 L2 L3 classea.cat Página 18 de 25

20 Otro parámetro que se puedo corroborar es la mejora del tercer harmónico, como podemos observar disminuye en la gráfica con respecto a la , disminuyendo a la mitad en la fase 1 hasta casi anularse completamente en la fase 3. Gráfica Descomposición tensión y corriente sin equipo (Ensayo 3, Prueba1) %Vn Descomposición armònica. Tensión y Corriente L1 L2 L3 %In Orden Armònico [Tensión] L1 L2 L Orden Armònico [Corriente] classea.cat Página 19 de 25

21 Gráfica Descomposición tensión y corriente con equipo (Ensayo 3, Prueba1) %Vn Descomposición armònica. Tensión y Corriente L1 L2 L3 %In Orden Armònico [Tensión] L1 L2 L Orden Armònico [Corriente] En la prueba 2 del ensayo 3 se pueden apreciar las mismas tendencias que en la prueba 1; una disminución de las corrientes, una caída en el consumo de potencia activa y la corrección del factor de potencia. Como podemos apreciar en las siguientes 4 gráficas. classea.cat Página 2 de 25

22 Gráfica Corriente sin el equipo EƒE conectado (Ensayo 3, Prueba2) 4 Intensidades sin equipo 35 3 I (Amperios) I1 I2 I Gráfica Corriente con el equipo EƒE conectado (Ensayo 3, Prueba2) 4 Intensidades con equipo 35 3 I (Amperios) I1 I2 I classea.cat Página 21 de 25

23 Gráfica Potencia Activa (Ensayo 3, Prueba2) 16 Potencia Activa W (Watios) P.Activa sin Equipo P.Activa con Equipo Gráfica Ángulo de desfase, factor de potencia (Ensayo 3, Prueba 1) Ángulo desfase (factor de potencia). Ángulo sin Equipo Ángulo con Equipo Ángulo (grados decimales) classea.cat Página 22 de 25

24 7. CONCLUSIONES Como conclusiones generales se procede a valorar las mejoras en los principales parámetros eléctricos en los ensayos realizados con el equipo EƒE instalado. En una instalación intervienen factores condicionantes como el estado de la instalación, uso de cargas, combinaciones de distintas cargas, etc. Para ello, los ensayos realizados han servido para validar el funcionamiento del equipo EƒE probado, obteniendo diferentes resultados, según se realizaba un ensayo con una carga inductiva elevada, como es un motor, o con la carga resistiva pura como es el banco de resistencias. En el caso del motor se han obtenido excelentes resultados en lo que respecta a disminución de corriente por fase, disminución de potencia activa y aparente. Son valores máximos, que en una instalación donde se repitan las condiciones y características del ensayo, el equipo EƒE puede cumplir perfectamente y en ausencia de este equipo instalado, serían difíciles de lograr. En el Ensayo 2, en donde encontramos una carga resistiva pura, gracias al equipo EƒE se disminuye la Potencia Activa en cabecera con lo que se logra un ahorro significativo en un tipo de carga muy especial. En el tercer ensayo se pueden observar unos rangos de mejora adecuados para una instalación más completa y en perfecto estado, donde el margen de mejora es menor. A continuación se exponen las diferencias porcentuales de estos parámetros para cada uno de los ensayos. Pudiendo observar mejoras en todos ellos, con rangos diferentes, según el tipo de carga, puntualizando especialmente la Potencia Activa, que se mejora en todos los casos y condiciones. % MEJORA CON EQUIPO ENSAYO PRUEBA SECUENCIA Corriente Pot. Activa Pot. Aparente CON EQUIPO 1 59,1 17,73 64,26 SIN EQUIPO 1 2 PRUEBA UNICA 64,93 2,63 64, CON EQUIPO SIN EQUIPO CON EQUIPO SIN EQUIPO CON EQUIPO SIN EQUIPO 3,92 1,59 3,56 1,7 3,77 1,53 3,88 1,38 3,69 classea.cat Página 23 de 25

25 En lo que respecta al cosϕ se puede verificar que el equipo lo mejora en todos los casos, excepto cuando tenemos una carga resistiva pura, equivalente a un cos ϕ = 1. Pero se puede ver como con cosenos muy buenos, por encima del,9 se mejora igualmente y con cosenos muy malos, como es el caso del primer ensayo, se mejora en más del doble de su valor. A continuación podemos observar las diferencias de los valores de cosϕ para cada uno de los ensayos. ENSAYO PRUEBA SECUENCIA Cos ϕ CON EQUIPO, SIN EQUIPO,163 CON EQUIPO, SIN EQUIPO,9976 CON EQUIPO, SIN EQUIPO, CON EQUIPO, SIN EQUIPO,9246 En lo que respecta a los harmónicos, las pruebas se han concentrado en el harmónico 3, tal como indican las especificaciones del equipo. Podemos observar en la siguiente tabla, como se mejoran en lo que respecta a la instalación del ensayo 3, que es la más adecuada para este tipo de análisis. Un dato relevante, es que a pesar de mejorar la potencia activa y todos los parámetros eléctricos, no varía la tasa de distorsión del tercer harmónico sustancialmente. ENSAYO PRUEBA SECUENCIA %Tasa Distorsión Harmónica individual 3er harmónico UhL1 UhL2 UhL3 IhL1 IhL2 IhL3 CON EQUIPO,14,1,8,55,53,99 SIN EQUIPO,15,1,9 1,65 1,89 2,25 CON EQUIPO,14,13,1 1,51 1,47 1,22 SIN EQUIPO,14,18,8 1,16 1,17,96 CON EQUIPO,25,7,13 6,53 5,78 3,94 SIN EQUIPO,27,9,13 8,75 4,64 4,71 CON EQUIPO,25,7,12 5,77 14,64 5,5 SIN EQUIPO,24,7,15 5,7 1,52 5,37 classea.cat Página 24 de 25

26 Como conclusiones finales, a través de los ensayos realizados, se validan las especificaciones enunciadas en el catálogo del equipo: Disminución de Corriente de Fases Disminución de temperatura de conductores Disminución de Potencia Activa Disminución de Potencia Aparente Estabilización de corrientes de fase Mejora de Cos ϕ Se debe tener en cuenta que las prestaciones máximas del equipo se pueden alcanzar dependiendo las características y estado de la instalación en donde se instala el equipo EƒE. Dejando como ultima conclusión que como peor sea el estado de la instalación donde se utilice el equipo EƒE probado, mejores serán sus resultados e incrementos de eficiencia. classea.cat Página 25 de 25