8. Calidad de la potencia Anibal T. De Almeida Día 2 1
Temario Niveles de tensión Desequilibrio de la tensión Factor de potencia Armónicos ISR-Universidad de Coímbra 2
Calidad de la potencia 1. Mantener los niveles de tensión Cuando se trabaja a menos del 95% de la tensión de diseño, es normal que los motores pierdan entre 2 y 4 puntos de eficiencia. Hacer funcionar un motor por debajo de su tensión de diseño también reduce su factor de potencia y su eficiencia Efecto de la variación de tensión en el rendimiento de los motores ISR-Universidad de Coímbra 3
Calidad de la potencia REDUCCIÓN DE LA AMPLITUD LA TENSIÓN EFECTOS: REDUCCIÓN DE LA EFICIENCIA, CAMBIOS EN PAR-VELOCIDAD, REDUCCIÓN DE LA VIDA ÚTIL DEL MOTOR SI ESTÁ FUNCIONANDO A PLENA CARGA. TRANSITORIOS DE TENSIÓN EFECTOS: REDUCCIÓN DE LA VIDA ÚTIL DEBIDO A LAS SOBRETENSIONES Y A LAS DESCARGAS PARCIALES. ISR-Universidad de Coímbra 4
Calidad de la potencia 2. Mantener un factor de potencia alto Un factor de potencia bajo reduce la eficiencia del sistema de distribución eléctrica tanto dentro como fuera de la instalación. Un factor de potencia bajo surge cuando se operan los motores de inducción a una carga inferior a la plena carga. Típica curva del factor de potencia en función de la carga Fuente: IEC 60034-31 ISR-Universidad de Coímbra 5
Calidad de la potencia Sistema equilibrado 6
Desequilibrio de la tensión Definición: El desequilibrio de la tensión está dado por: %VV = máx. dddddddddd dd ll ttttttt dd ll ttttttt mmmmm ttttttt mmmmm 100 7
Ejemplo L1 = 600 V L2 = 585 V L3 = 609 V TTTTTTT mmmmm = 600 + 585 + 609 3 = 598 V Máx. dddddddddd dd ll mmmmm = 598 585 = 13 V DDDDDDDDDDDDD dd ll ttttttt = 11 111 = 2, 111 555 8
Calidad de la potencia 3. Minimizar el desequilibrio de fase Un sistema desequilibrado aumenta las pérdidas del sistema de distribución y reduce la eficiencia de los motores. DERRATEO (%) DESEQUILIBRIO DE LA TENSIÓN(%) ISR-Universidad de Coímbra 9
Ejercicio Supongamos que tenemos un motor de 100 kw que funciona al 75 % de la carga, 8000 horas al año y a un desequilibrio de tensión del 2,5 % Calcular los ahorros si se adoptaran medidas correctoras 10
Ejercicio Ahorros = 100 x 0,75 x 8000 x (1/0,939-1/0,952 ) = = 9000 kwh 11
Calidad de la potencia 4. Mantener la calidad de la potencia El uso de potencia con formas de onda distorsionadas degrada la eficiencia del motor. POTENCIA DISPONIBLE (%) FACTOR DE TENSIÓN ARMÓNICO (%) ISR-Universidad de Coímbra 12
Calidad de la potencia La distorsión de la tensión puede cuantificarse mediante la distorsión armónica total, THD: THD = n k = 2 V V RMS 2 k CAUSAS: Variadores de velocidad, rectificadores, controladores de tensión, cargas de impedancia variable, carga de núcleo saturado (transformadores). EFECTOS: factor de potencia bajo; mayores pérdidas y menor vida útil de cables y líneas; aumento de la corriente de neutro; aumento de las pérdidas en la maquinaria eléctrica; aumento de las vibraciones y del ruido acústico de los motores. ISR-Universidad de Coímbra 13
Tipos de armónicos Secuencia negativa - 5º, 11º, 17º... Secuencia positiva - 7º, 13º, 19º... En sistemas desequilibrados con conductor neutro Triple (homopolar)-3º, 6º, 9º... ISR-Universidad de Coímbra 14
Calidad de la potencia 5. Seleccionar transformadores eficientes Instalación de transformadores reductores eficientes y del tamaño adecuado. Los transformadores antiguos, subcargados o sobrecargados suelen ser ineficientes. 6. Identificar y eliminar las pérdidas del sistema de distribución Compruebe regularmente que no haya conexiones malas, ni tomas a tierra deficientes, ni cortocircuitos a tierra. Este tipo de problemas suelen originar pérdidas de energía y peligros y reducen la fiabilidad del sistema. 7. Minimizar la resistencia del sistema de distribución En las construcciones nuevas o cuando se renueva el cableado, hay que dimensionar adecuadamente los cables eléctricos que alimentan a los motores y están activos a casi plena carga durante muchas horas. Esta práctica minimiza las pérdidas de las líneas y las caídas de tensión. ISR-Universidad de Coímbra 15
Costos de la calidad de la potencia Costos directos Daños en el equipo Pérdidas en la producción y en la materias primas Costos salariales durante los periodos no productivos Costos de nueva puesta en funcionamiento Costos indirectos Incapacidad para cumplir con los plazos Pérdida de encargos futuros Problemas no materiales Inconvenientes que no pueden expresarse en dinero, como no poder escuchar la radio o mirar televisión 16
Costos de la calidad de la potencia Business Week (1991) 26 mil millones de USD al año en los Estados Unidos EPRI (1994) 400 mil millones de USD al año en los Estados Unidos Departamento de Energía de los Estados Unidos (1995) 150 mil millones de USD al año para Estados Unidos. Fortune Magazine (1998) - Cerca de 10 mil millones de USD al año en los Estados Unidos E Source (2001) - Entre 6.000 y 80.000 USD anuales por instalación para industrias de procesos continuos, servicios financieros y procesamiento de alimentos en los Estados Unidos. European Copper Institute (2001) 10 mil millones de EUR al año en la UE en la industria y el comercio. 17
Costos de la calidad de la potencia Mínimo Máximo Industrial Fabricación de automóviles 5 7,5 Goma y plásticos 3 4,5 Textiles 2 4 Papel 1,5 2,5 Impresión (prensa) 1 2 Petroquímica 3 5 Fabricación de metales 2 4 Vidrio 4 6 Minería 2 4 Procesamiento de alimentos 3 5 Farmacéutica 5 50 Electrónica 8 12 Fabricación de semiconductores 20 60 Servicios Comunicación, procesamiento de la información 2 3 Hospitales, bancos, servicios públicos 0,5 1 Restaurantes, bares, hoteles 0,1 0,5 Tiendas comerciales 1 10 Costo de la interrupción momentánea (1 minuto) en $/demanda de kw Fuente: Electrotek Concepts 18
Costos de la calidad de la potencia Costos de las interrupciones con respecto a la duración 19
Gracias 20