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INSTALACIÓN DE UN BANCO CONDENSADOR Y VARIACION DE FRECUENCIA EN UNA EMBOTELLADORA
INDUSTRIAL
2016 CURSO
Ingeniería Eléctrica DOCENTE:
Juan Carlos Huamaní De La Cruz INTEGRANTES
Carhuallanqui Paullo, Juan Espinoza Trujillo, Jenny Loredo Sifuentes, Israel Aliaga Dominguez, Wiliam
1
INDICE
CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN
2
1. Realidad problemática
3
2. Formulación del problema
4
3. Justificación
5
4. Limitaciones
6
5. Objetivos:
7
5.1. Objetivo General 5.2. Objetivos específicos
CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 1. Antecedentes:
8
1.1.- La Industria de Bebidas Gaseosas
9:
1.2.- En la actualidad
9
2.- Bases teóricas 2.1.- Concepto 2.1.1.- Banco de capacitores
11
2.1.2.- Variador de corriente alterna
11
Aplicación de las variaciones de corriente alterna
Ventajas de las variadores de velocidad
2.2.- Ventajas de la corrección del factor de potencia
14
2.3.- Banco fijo para corrección de factor de potencia (FP)
15
2.4.- Características generales de los bancos fijos de capacitadores en baja tensión 16 2.5.- Beneficios de los bancos fijos de capacitores en baja tensión
17
2.5.1.- Beneficios económicos 2.5.2.- Beneficios Técnicos 2.6.- Campo de aplicación
17
2.7.- Importancia del Factor de Potencia
19
2.8.- Importancia de Variadores de Velocidad
19
2
2.8.1.- Ventajas de la compensación CAPITULO 3. DEFINICION DE TERMINOS BASICOS 3.1.- Potencia Activa
21
3.2.- Potencia Reactiva
21
3.3.- Potencia Aparente
23
3.4.- El factor de potencia
23
3.5.- Compensación del factor de potencia en un circuito monofásico
24
3.6.- Compensación del factor de potencia en un circuito trifásico
25
3.7.- El ángulo
25
3.8.- Tipos de carga:
26
CAPÍTULO 4: HIPÓTESIS
27
CAPÍTULO 5. RESULTADOS
55
CONCLUSIONES
59
RECOMENDACIONES
60
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
61
3
CAPITULO 1
INTRODUCCIÓN
Los Bancos de Condensadores son aptos para su utilización en Sub-estaciones de Baja y Media Tensión donde se desee compensar la Energía Reactiva (o Factor de Potencia) que consumen los motores eléctricos y las demás cargas.
La compensación de energía reactiva mediante Bancos de condensadores se efectúa para no pagar energía reactiva al suministrador de energía eléctrica, para disminuir caídas de tensión, para minimizar pérdidas de energía, para ampliar la capacidad de transmisión
de
potencia
activa
en
los
cables;
entre
otras
aplicaciones.
En casos especiales los Bancos de condensadores también pueden funcionar como filtros de armónicos para lo cual es necesario insertar una inductancia en serie con cada paso de condensadores. Los valores de condensadores e inductancias se determinan realizando un estudio de calidad de energía del sistema eléctrico.
Los variadores de frecuencia son sistema utilizados para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna.
Se trata de dispositivos electrónicos, que permiten el control completo de motores eléctricos de inducción; los hay de c.c. (variación de la tensión), y de c.a. (variación de la frecuencia); los más utilizados son los de motor trifásico de inducción y rotor sin bobinar (jaula de ardilla), también se les denomina inversores o variadores de velocidad.
1. Realidad problemática:
4
En todo tipo de industrias, ya sea embotelladora de bebidas Gasificadas o no Gasificadas es necesario mantener un Factor de Potencia alto. La industria embotelladora inicia sus operaciones (producción) en Barranca, lo cual no consideró crecer de manera rápida su producción; el operar con bajo factor de potencia una instalación eléctrica, además del impacto que hubo en la factura eléctrica, tuvo otros inconvenientes: Aumento de la intensidad de corriente. Perdidas en los conductores y fuertes caídas de tensión. La temperatura de los conductores aumenta y esto disminuye la vida de su aislamiento. Aumentos de sus facturas por multas y recargos. Gastos improductivos por la velocidad constante que tiene las fajas elevadoras y a la vez genera pérdida de materia prima y hombre maquina en el abastecimiento
Las cargas inductivas como motores, fajas transportadoras, transformadores, etc., son el origen del bajo factor de potencia, ya que son cargas no lineales que contaminan la red eléctrica, en este tipo de equipos el consumo de corriente se desfasa con relación al voltaje lo que provoca un bajo factor de potencia.
2. Formulación del problema
5
Anteriormente la empresa ya ha sido observada por bordear el límite inferior del factor de potencia (0.92) lo cual implica una penalización. Se requiere evaluar la demanda de potencia y el factor de potencia en un lapso de 24 horas, en períodos de tiempo con funcionamiento normal y solo con las luminarias de los patios exteriores de la empresa.
Medidas obtenidas de la evaluación realizada.
Q(Var)
Cos ф
S
Medio
8597.23
4836.85
0.85
9864.45546
220
29.36
Maximo
18840
9930
0.98
21296.7251
220
27.79
Mínimo
3030
420
0.69
3058.97042
220
7.89
3. Justificación: 6
U
фi = arctan(Q(Var)/P(w))
P(w)
La presente investigación se enfocará en la implementación de un banco condensador en una embotelladora industrial, ya que implementado dicho banco estaríamos reduciendo el monto del recibo de energía eléctrica y eliminarían las penalizaciones, obteniendo bonificaciones hasta del 2.5% de la factura total.
Los motivos que nos llevaron a investigar los efectos de los bancos condensadores es por la reducción y/o eliminación de los cargos por bajo factor de potencia, esto ocasionaría un ahorro en la embotelladora, si se instalan correctamente se pueden tener ahorros económicos del 3 a 6%; la compensación de energía reactiva mediante bancos de condensadores se efectúa para no pagar energía reactiva al suministrador de energía eléctrica, para disminuir caídas de tensión, para minimizar perdidas de energía, para ampliar la capacidad de transmisión de potencia activa en los cables; entre otras aplicaciones.
Los beneficios que se obtienen no son sólo económicos, también son beneficios técnicos, ya que el uso de dichos bancos disminuiría perdidas por calentamiento en cables, motores y transformadores, además el banco es 100% reparable en campo y su ventilación es por convección natural; por lo tanto evitaría los gastos en mantenimiento.
Generar una mayor rentabilidad económica para la empresa, y a su vez mejorar nuestros procesos justifica la sustentación de este proyecto. Variando la velocidad de la cinta elevadora eliminaremos la manipulación de encendido y apagado manual generando pérdidas de horas hombres, materia prima, esto se traduce en pérdidas económicas.
4. Limitaciones:
7
Para implementar bancos condensadores deben cumplir con algunas limitaciones y/o requisitos:
Los bancos condensadores deben ser estáticos, monofásicos, construidos en estanques metálicos sellado, con terminales accesibles y aislados.
Todos los condensadores
deberán ser aptos para operar con 110% de su
tensión nominal en régimen continuo.
Los bancos condensadores necesitan ser ubicados en sub estaciones, lo cual ocupa un espacio determinado.
Variador de velocidad, Instalar un dispositivo de parada de emergencia externo que posibilite la parada instantánea de la operación y el corte de la alimentación. En caso de no instalar dicho dispositivo pueden producirse daños en personas.
Variador de velocidad, Instalar interruptores automáticos externos y tomar otras medidas de seguridad contra cortocircuito en el cableado externo. No hacerlo puede provocar fuego.
No conectar al revés el variador de velocidad (confundir la entrada con la salida).
No conectar la fuente de alimentación de c.a. a los terminales de salida U, V o W, pues se pueden provocar daños o malfuncionamientos del producto.
5. Objetivos: 8
5.1. Objetivo General:
Mejorar el factor de potencia en los sistemas eléctricos de
baja, mediana y alta
tensión, para evitar penalizaciones que la empresa suministradora impone y también reducir la velocidad de la cinta elevadora de áridos, la dosificación de estos áridos nos garantiza la calidad de nuestro producto final, así mismo aplicaremos la filosofía del mejoramiento continuo.
5.2. Objetivos específicos:
Utilizar eficientemente la capacidad instalada. De 0.6 a 0.9 (F.P), significa disponer de aproximadamente 33% de energía adicional sin cambiar generadores o transformadores.
Mejorar el nivel del voltaje o regulación, debido a la disminución del porcentaje de caída de voltaje.
Reducir las pérdidas de la materia prima.
Tener un control exacto de la velocidad.
Reducir los picos de corriente al arranque de la cinta elevadora.
CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO
9
1. Antecedentes:
La empresa
EMBOTELLADORA RIVERA S.A.C, con RUC: 20102725647 nace en
1933 en Barranca. El iniciador de lo que, con el pasar de los años, sería el Grupo CONCORDIA, Don Víctor Rivera Ascencios desarrollaba su actividad empresarial como distribuidor de cerveza; y al plantearse el reto de iniciar una industria propia - la cual consistiría en la elaboración de vinos de uva proveniente de los valles vecinos a Barranca-, contrató a dos experimentados profesionales del ramo que habían trabajado en la fábrica de licores " La Concordia" en París. Se adquirieron las fórmulas, hierbas y especificaciones para maceración, adaptándose el nombre "La Concordia" para comercializar los nuevos productos.
1.1.- La Industria de Bebidas Gaseosas:
En 1938 se adquirió un terreno de 1,800M2 en Barranca, donde se construyó la primera fábrica de bebidas gaseosas del Grupo CONCORDIA. Dicha fábrica se inició produciendo los sabores de cola, fresa, piña y limón, los cuales se empezaron a comercializar bajo la marca "CONCORDIA". Como consecuencia de la acogida por los consumidores, para 1939 la fábrica debió ampliar sus instalaciones, por lo que se adquirieron dos equipos adicionales para la 10
producción de bebidas gaseosas y se ampliaron sus almacenes, llegando las instalaciones a ocupar un terreno de más de 8,000 M2. Los productos Concordia eran comercializados por la costa hasta Chimbote y por la sierra hasta Caraz. Con el transcurrir de los años y con la construcción de carreteras, se fue ampliando la cobertura geográfica mediante la adquisición progresiva de unidades de transporte para la distribución, haciéndose necesaria la instalación de una segunda fábrica de bebidas gaseosas para lograr una eficiente atención del mercado ahora cubierto, por lo que en Noviembre de 1952 se fundó Bebidas La Concordia S.A., la que comenzó a operar con una fábrica en la ciudad de Chiclayo.
1.2.- En la actualidad: La Compañía de Bebidas las Américas (AmBev), mayor productora de cerveza y gaseosas de Brasil, anunció la compra de dos nuevas embotelladoras en Perú, así como
de
otros
activos
que
pertenecían
a
la
Embotelladora
Rivera.
AmBev cerró un acuerdo para la adquisición de varios activos de la Embotelladora Rivera, entre ellos los derechos para producir y distribuir productos de Pépsico en la región norte de Perú, según un comunicado divulgado por la empresa brasileña.
2.- Bases teóricas:
11
2.1.- Concepto: 2.1.1.- Banco de capacitores: Es un conjunto de capacitores que mediante un equipo electrónico que mide el coseno fi, agrega capacitores a medida que aumenta la carga inductiva y los desconecta si baja la carga inductiva, por eso se lo llama banco, pues son varios capacitores que se conectan y desconectan controlados por un cerebro electrónico. Los bancos de condensadores son utilizados para aumentar el factor de potencia sin aumentar costos. Es decir, la fuente suministra la misma energía, pero el banco de condensadores almacena y suministra cuando se hace necesario. Al poner un banco de condensadores el factor de potencia se hace más alto, y los costos disminuyen.
2.1.2.- Variador de corriente alterna:
12
Es un dispositivo utilizado para controlar la velocidad de rotación de un motor de c.a o de inducción. Este tipo de motores también se conocen como motores asíncronos o en jaula de ardilla.
El variador de velocidad se coloca entre la red y el motor. El variador recibe la tensión de red a la frecuencia de red (50Hz) y tras convertirla y después ondularla produce una tensión con frecuencia variable.
La velocidad de un motor va prácticamente
proporcional a la frecuencia.
13
Aplicaciones de los variadores de frecuencia Los variadores de frecuencia tienen sus principales aplicaciones en los siguientes tipos de máquinas:
Transportadoras: Controlan y sincronizan la velocidad de producción de acuerdo al tipo de producto que se transporta, para dosificar, para evitar ruidos y golpes en transporte de botellas y envases, para arrancar suavemente y evitar la caída del producto que se transporta, etc.
Bombas y ventiladores centrífugos: Controlan el caudal, uso en sistemas de presión constante y volumen variable. En este caso se obtiene un gran ahorro de energía porque el consumo varía con el cubo de la velocidad, o sea que para la mitad de la velocidad, el consumo es la octava parte de la nominal.
Bombas de desplazamiento positivo: Control de caudal y dosificación con precisión, controlando la velocidad. Por ejemplo en bombas de tornillo, bombas de engranajes. Para transporte de pulpa de fruta, pasta, concentrados mineros, aditivos químicos, chocolates, miel, barro, etc.
Ascensores y elevadores: Para arranque y parada suaves manteniendo la cupla del motor constante, y diferentes velocidades para aplicaciones distintas.
Extrusoras: Se obtiene una gran variación de velocidades y control total de la cupla del motor.
14
Centrífugas: Se consigue un arranque suave evitando picos de corriente y velocidades de resonancia.
Prensas mecánicas y balancines: Se consiguen arranques suaves y mediante velocidades bajas en el inicio de la tarea, se evitan los desperdicios de materiales.
Máquinas textiles: Para distintos tipos de materiales, inclusive para telas que no tienen un tejido simétrico se pueden obtener velocidades del tipo random para conseguir telas especiales.
Compresores de aire: Se obtienen arranques suaves con máxima cupla y menor consumo de energía en el arranque.
Pozos petrolíferos: Se usan para bombas de extracción con velocidades de acuerdo a las necesidades del pozo.
Ventaja de los variadores de velocidad: Cuando comparamos la alimentación de un variador de velocidad con la alimentación convencional de un motor notamos las siguientes ventajas:
Menor consumo: Con una alimentación convencional el motor funciona siempre a velocidad nominal. Con un variador la velocidad se ajusta a la velocidad necesaria. Por ejemplo en bombas de riego para regular el caudal se cierran las llaves de paso mientras que con un variador se reduce la velocidad de funcionamiento consumiendo menos. 15
Instalación más sencilla con menos errores de cableado.
Funciones de protección: límite de corriente, fallo de tierra, protección contra caída de tensión, etc.
Arranque y paradas suaves. Alarga la vida del motor, evita daños en elementos auxiliares. Por ejemplo en bombas de pozo las arrancadas y paradas suaves eliminan los golpes de ariete que provocan rotura de válvulas, daños en las bombas, etc.
Posibilidad de control y seguimiento por ordenador. Variadores pueden enviar información a un ordenador para su posterior análisis.
Cubre necesidades de regulación. Por ejemplo en ventiladores permite controlar su velocidad en función de la temperatura.
No usa contados ON/OFF. Esto proporciona seguridad y fiabilidad.
Facilidad y seguridad para cambiar de sentido de giro.
2.2.- Ventajas de la corrección del factor de potencia: Al corregir el factor de potencia a niveles más altos, nos da las siguientes ventajas:
Un menor costo de energía eléctrica. Al mejorar el factor de potencia no se tiene que pagar penalizaciones por mantener un bajo factor de potencia.
16
Aumento en la capacidad del sistema. Al mejorar el factor de potencia se reduce la cantidad de corriente reactiva que inicialmente pasaba a través de transformadores, alimentadores, tableros y cables.
Mejora en la calidad del voltaje. Un bajo factor de potencia puede reducir el voltaje de la planta, cuando se toma corriente reactiva de las líneas de alimentación. Cuando el factor de potencia se reduce, la corriente total de la línea aumenta, debido a la mayor corriente reactiva que circula, causando mayor caída de voltaje a través de la resistencia de la línea, la cual, a su vez, aumenta con la temperatura. Esto se debe a que la caída de voltaje en una línea es igual a la corriente que pasa por la misma multiplicada por la resistencia en la línea.
Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y generadores.
Con la instalación de bancos de condensadores la empresa podrá: Ahorrar por disminución de consumos de energía reactiva. Evitar los cobros por energía reactiva. Evitar las pérdidas de energía en el sistema debido a estas cargas inductivas.
Aumento de la vida útil de las instalaciones.
2.3.- Banco fijo para corrección de factor de potencia (FP): En la corrección del factor de potencia se alcanzan los mayores beneficios cuando la compensación de potencia reactiva se hace individualmente sobre las cargas que generan un bajo factor de potencia, sin embargo en ocasiones esto puede tener un costo excesivo. Los bancos fijos son muy útiles cuando se requiere mejorar el factor de potencia de una carga o un grupo de cargas cuya demanda de potencia reactiva es básicamente constante.
17
El banco fijo siempre está conectado a la línea de alimentación pero dependiendo de la aplicación pueden ser conectados o desconectados con los arrancadores de los motores. 2.4.- Características generales de los bancos fijos de capacitadores en baja tensión: El banco cuenta con una garantía de 7 años y es certificado de proveedor confiable expedido por el LAPEM, Laboratorio de pruebas Eléctricas y materiales, de CFE.
Celdas Capacitivas:
El banco está constituido por celdas capacitivas monofásicas que pueden conectarse en delta o en estrella. Las celdas son polipropileno metalizado con perfil reforzado y han sido diseñadas para temperatura de operación de 80ºC en forma continua.
Celda Capacitiva con resistencia de descarga:
Las celdas capacitivas tienen la aprobación de los laboratorios UL en forma individual y cumple con las normas ANSI – NEMA y EIA – 456. Esta última requiere que los capacitadores sean sometidos 1.25 veces se tensión nominal, a una temperatura de 10ºC arriba de su temperatura de diseño durante 2000 horas y conserven su capacitancia dentro de un rango de +-3%.
Esta prueba garantiza una vida del producto por 20 años. A diferencia de la normal IEC que prueba sus unidades a 40ºC por 1000 horas, la norma NEMA garantiza un mejor desempeño de los capacitadores.
De hecho la norma IEC no permite que la temperatura ambiente sobrepase 40ºC y además esta temperatura no puede conservarse más de 8 horas por cada 24 horas. 18
2.5.- Los variadores de frecuencia tienen sus principales aplicaciones en los siguientes tipos de máquinas:
Transportadoras. Controlan y sincronizan la velocidad de producción de acuerdo al tipo de producto que se transporta, para dosificar, para evitar ruidos y golpes en transporte de botellas y envases, para arrancar suavemente y evitar la caída del producto que se transporta, etc.
Bombas y ventiladores centrífugos. Controlan el caudal, uso en sistemas de presión constante y volumen variable. En este caso se obtiene un gran ahorro de energía porque el consumo varía con el cubo de la velocidad, o sea que para la mitad de la velocidad, el consumo es la octava parte de la nominal.
Bombas de desplazamiento positivo. Control de caudal y dosificación con precisión, controlando la velocidad. Por ejemplo en bombas de tornillo, bombas de engranajes. Para transporte de pulpa de fruta, pasta, concentrados mineros, aditivos químicos, chocolates, miel, barro, etc.
2.6.- Beneficios de los bancos fijos de capacitores en baja tensión:
El banco fijo de capacitores genera una serie de beneficios, tanto económicos como técnicos, en la planta donde es instalado.
2.6.1.- Beneficios económicos:
Reducción del monto del recibo de energía eléctrica debido que se eliminan las penalizaciones y se pueden obtener bonificaciones hasta del 2.5% de la factura total.
El consumo total de energía disminuye, incluyendo la demanda máxima. Si el banco instalado correctamente puede generar ahorros del 2 al 6% del consumo total. 19
Se evita el desgaste prematuro de los equipos por calentamiento excesivo provocando por la operación con baja tensión.
El banco requiere de un mantenimiento mínimo.
Su vida útil es mayor a 15 años por sus bajas perdidas y diseño a 80ºC continuos.
Se suministra con todos los componentes necesarios y debidamente distribuidos para facilitar su instalación.
2.6.2.- Beneficios Técnicos:
Se
disminuye
las
pérdidas por
calentamiento
en
cables,
motores
y
transformadores.
Se libera capacidad en los conductores y transformadores de la instalación.
Se mejora la regulación de la tensión.
Las resistencias individuales de descarga evitan riesgos para el operador del banco.
El banco es 100% reparable en campo.
Su montaje puede ser en piso o en pared.
Ventilación por convección natural.
Amplio espacio para instalación.
Tiene indicación visual de falla de las celdas.
Cuando comparamos la alimentación de un variador de velocidad con la alimentación convencional de un motor notamos las siguientes ventajas:
Menor consumo, Instalación más sencilla con menos errores de cableado, Funciones de protección: límite de corriente, fallo de tierra, protección contra caída de tensión, etc.
20
2.7.- Campo de aplicación: Los Bancos condensadores son aptos para su utilización en sub – estaciones de baja y media tensión donde se desee compensar la energía reactiva (o Factor de potencia) que consume los motores eléctricos y las demás cargas. La compensación de energía reactiva mediante bancos de condensadores se efectúa para no pagar energía reactiva al suministrador de energía eléctrica, para disminuir caídas de tensión, para minimizar perdidas de energía, para ampliar la capacidad de transmisión de potencia activa en los cables; entre otras aplicaciones.
En casos especiales los bancos de condensadores también pueden funcionar como filtros de armónicos para lo cual es necesario insertar una inductancia en serie con cada paso de condensadores. Los valores de condensadores e inductancia se determinan realizando un estudio de calidad de energía del sistema eléctrico. Los bancos de condensadores pueden ser fijos o automáticos, dependiendo del diagrama de carga de energía reactiva, de la potencia a compensar, del nivel de tensión de la red eléctrica y del tipo de carga.
2.8.- Importancia del Factor de Potencia:
Se puede definir como la relación entre la potencia activa (Kw) y la potencia aparente (Kva) y es el indicativo de la eficiencia con que está utilizando la energía eléctrica para producir un trabajo útil. Un bajo factor de potencia (varía entre 0 y 1) limita la capacidad de los equipos y los arriesga a sobrecargas peligrosas y pérdidas excesivas de energía. El origen del bajo factor de potencia son las cargas de naturaleza inductiva, principalmente motores de inducción, luces fluorescentes, equipos electrónicos y formas de onda distorsionadas (armónicas). El primer paso en la corrección de un problema de factor de potencia es prevenirlos mediante la selección y operación correcta de los equipos. Los sistemas de compensación de reactivos (condensadores principalmente) son una forma práctica y económica de mejorar el factor de potencia, 21
sobre todo en instalaciones existentes. Su utilización puede ser un problema complejo y es conveniente recurrir a especialistas si no se cuenta con los recursos necesarios para resolverlo.
2.9.- Importancia de Variadores de Velocidad:
-
Arranque y paradas suaves. Alarga la vida del motor, evita daños en elementos auxiliares. Por ejemplo en bombas de pozo las arrancadas y paradas suaves eliminan los golpes de ariete que provocan rotura de válvulas, daños en las bombas, etc.
-
Posibilidad de control y seguimiento por ordenador. Variadores pueden enviar información a un ordenador para su posterior análisis.
-
Cubre necesidades de regulación. Por ejemplo en ventiladores permite controlar su velocidad en función de la temperatura.
-
No usa contados ON/OFF. Esto proporciona seguridad y fiabilidad.
-
Facilidad y seguridad para cambiar de sentido de giro.
2.9.1.- Ventajas de la compensación:
Son algunas ventajas que proporciona trabajar con un factor de potencia corregido:
Evitar la penalización en la facturación mensual de la empresa eléctrica.
Utilizar más eficientemente la capacidad instalada. Por ejemplo, mejorando el factor de potencia de 0.6 a 0.9 significa disponer de aproximadamente 33% de energía adicional sin cambiar generadores o transformadores.
Además, para el caso, las pérdidas se reducirían en alrededor de hasta el 55%. Debido a la reducción de corriente en los conductores. Esto es particularmente interesante en nuevas instalaciones pues puede ahorrar dinero al dimensionar los conductores. 22
Consecuencia de lo anterior también es la mejora del nivel de voltaje o regulación, debido a la disminución del porcentaje de caída de voltaje.
La empresa suministradora de energía establece que el factor de potencia debe ser de orden de 0.93 o 93%.
3.- DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS: 3.1.- Potencia Activa: La potencia efectiva o real es la que se transforma en calor en una resistencia. Es la única que realmente consume en el circuito y, por lo tanto, es la que debe aportar el generador al circuito. Unidades: Watts (W) Símbolo: P Fórmula:
3.2.- Potencia Reactiva:
Es la potencia con la que se carga y descarga constantemente la bobina. Es una potencia que no se consume; únicamente se intercambia entre generador y la bobina, haciendo fluir una corriente extra por los conductores de alimentación. Unidades: VAR Símbolo: Q Fórmula:
23
3.3.- Potencia Aparente:
Es la potencia total que transportan los conductores que alimentan al circuito. Si existen receptores activos y reactivos, por los conductores que alimentan a dicho circuito se transportan
ambas
potencias.
Si
sumamos
vectorialmente
estas
potencias
obtendremos la potencia aparente. Unidades: VA Símbolo: S Fórmula:
3.4.- El factor de potencia:
El factor de potencia se define como el cociente de la relación de la potencia activa entre la potencia aparente; esto es:
Comúnmente, el factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo. El valor ideal del factor de potencia es 1, esto indica que toda la energía consumida por los aparatos ha sido transformada en trabajo. Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad significa un mayor consumo de energía necesaria para producir un trabajo útil. Gráficamente estas tres expresiones están relacionadas mediante el triángulo de potencias:
24
Dependiendo del tipo de carga, el factor de potencia puede ser: adelantado, retrasado, igual a 1. En las cargas resistivas como las lámparas incandescentes, la tensión y la corriente están en fase en este caso, se tiene un factor de potencia unitario. En las cargas inductivas como los motores y transformadores, la intensidad
se
encuentra retrasada respecto a la tensión.
En este caso se tiene un factor de potencia retrasado. En las cargas capacitivas como los condensadores, la corriente se encuentra adelantada respecto al voltaje. En este caso se tiene un factor de potencia adelantado.
Un receptor que debe producir una potencia P lo puede hacer absorbiendo de la línea una potencia Q o Q´, con un COS
y cos
respectivamente.
Sin embargo en el primer caso la intensidad absorbida es menor que en el segundo (S = V·I < S = V·I' entonces I < I’) con la consiguiente reducción de las pérdidas por efecto joule.
25
Por la razón anterior, entre otras, en una instalación interesa tener valores altos del factor de potencia (cos ).
Problemas por bajo factor de potencia: Mayor consumo de corriente Aumento de las pérdidas e incremento de las caídas de tensión en los conductores
Sobrecarga de transformadores, generadores y líneas de distribución. Incremento de la facturación eléctrica por mayor consumo de corriente.
Beneficio por corregir el factor de potencia: Disminución de las pérdidas en conductores. Reducción de las caídas de tensión. Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y generadores.
Incremento de la vida útil de las instalaciones Reducción de los costos por facturación eléctrica. 3.5.- Compensación del factor de potencia en un circuito monofásico:
Las cargas inductivas requieren potencia reactiva para su funcionamiento. Esta demanda de potencia reactiva se puede reducir e incluso anular si se colocan condensadores en paralelo con la carga. Cuando se reduce la potencia reactiva, se mejora el factor de potencia.
26
3.6.- Compensación del factor de potencia en un circuito trifásico:
Las cargas inductivas requieren potencia reactiva para su funcionamiento. Esta demanda de potencia reactiva se puede reducir e incluso anular si se colocan condensadores en paralelo con la carga. Cuando se reduce la potencia reactiva, se mejora el factor de potencia.
CAPÍTULO 3. HIPÓTESIS 1. Formulación de la hipótesis 2. Operacionalización de las variables
27
3.7.- El ángulo
:
En electrotecnia, el ángulo
nos indica si las señales de voltaje y corriente se
encuentran en fase.
Dependiendo del tipo de carga, el factor de potencia (F.P= Cos
Adelantado
Retrasado
Igual a 1.
)
3.8.- Tipos de carga:
Cargas Resistivas: En las cargas resistivas como las lámparas incandescentes, el voltaje y la corriente están en fase. En este caso, se tiene un factor de potencia unitario.
Cargas inductivas: En las cargas reductivas como los motores y transformadores, la corriente se encuentra retrasada respecto al voltaje. En este caso se tiene un factor de potencia retrasado.
Cargas Capacitivas: En las cargas capacitivas como los condensadores, la corriente se encuentra adelantada respecto al voltaje. Factor de potencia adelantado.
28
CAPÍTULO 4: HIPÓTESIS Una vez obtenidos estos datos se procedió a seleccionar parámetros eléctricos como: potencia activa, potencia reactiva y factor de potencia. A partir de mediciones. Efectuar distintas mediciones aguas abajo del disyuntor general de protección con la instalación en las condiciones de carga habituales. Los datos a medir deben ser los siguientes: Potencia activa (kW), Potencia reactiva (kVAr), Factor de potencia (Cos Ø). A partir de estos datos elegir el cos Ø medio de la instalación.” De esta manera se seleccionarán los datos recomendados a partir de mediciones, los mismos que permitirán realizar los cálculos correspondientes para determinar la potencia reactiva requerida para realizar la corrección del factor de potencia. El resumen, se muestra en la tabla en la cual se presentan valores medios, máximos, mínimos de potencia activa, potencia reactiva y factor de potencia.
29
MEDIDAS OPTENIDAS
Curva de potencia activa, potencia reactiva y factor de potencia en el periodo de 6:03 am del 4 de marzo a 6:03 am del 5 de marzo del 2016
30
DATOS OBTENIDOS:
Q(Var)
Cos ф
S
Medio
8597.23
4836.85
0.85
9864.45546
220
29.36
Maximo
18840
9930
0.98
21296.7251
220
27.79
Mínimo
3030
420
0.69
3058.97042
220
7.89
Potencia activa:
MEDIA:
MAXIMA:
31
U
фi = arctan(Q(Var)/P(w))
P(w)
MINIMO:
En la figura se muestra la curva de la potencia activa y potencia reactiva demandada, además se muestra la curva del factor de potencia desde las 6:03 am del 04 de marzo a las 6:03 am del 05 de marzo del 2016, esta curva se obtiene mediante los datos, cabe mencionar que las curvas se obtuvieron con valores totales de potencia activa, potencia reactiva y factor de potencia proporcionados por el analizador de carga. Además se puede observar cómo el factor de potencia va variando en el período de tiempo de análisis, aquí el factor de potencia presenta valores por debajo del límite permitido (0,92) lo cual implica una penalización. En el lapso de 6:03 am a 23:33 pm del 04 de marzo (período uno) se tiene un factor de potencia mínimo de 0,69 lo cual indica una mayor demanda de potencia reactiva.
Mientras que a partir de las 23:43 pm del 04 de marzo hasta las 5:43 am del 05 de marzo (período dos) se presentan valores de factor de potencia por encima de 0,92 llegando a tener un factor de potencia máximo de 0,98 dando lugar a una menor demanda de potencia reactiva debido a que se tiene una disminución de la demanda de carga. En este período de tiempo solo funcionan las luminarias de los patios exteriores de la empresa y por ende hay una menor demanda de potencia reactiva y potencia
activa.
32
Curva de potencia reactiva calculada requerida en función del tiempo (6:03 am del 4 de marzo a 6:03 am del 5 de marzo de 2016.
DISEÑO DEL BANCO DE CONDENSADORES TRIFÁSICO
Con los parámetros eléctricos que se adquirieron con el analizador de cargas mostradas, los valores de potencia activa, potencia reactiva y factor de potencia se procederá a realizar el diseño del banco de condensadores para la corrección del factor de potencia en la Empresa AMBEV S.A. Estos parámetros permitirán seleccionar el tipo de banco de condensadores a utilizar, es decir, si se va a utilizar una compensación fija o una compensación variable automática; además se podrá seleccionar el valor de la potencia reactiva en kVAr del banco de condensadores, esta selección dependerá de la curva de carga, de la demanda de potencia reactiva y del factor de potencia de la empresa.
46
CÁLCULO DE LA POTENCIA REACTIVA EN kVAr PARA LA CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA
Este cálculo permitirá obtener el valor de los kVAr necesarios para no tener penalizaciones por un bajo factor de potencia y obtener beneficios técnicoseconómicos. A continuación se muestra el proceso para obtener el valor de la potencia reactiva necesaria que corregirá el factor de potencia.
Con los datos obtenidos por el analizador de carga mostrados, se procederá a calcular los kVAr necesarios en el período de tiempo de análisis (6:03 am del 04 de marzo a 6:03 am del 05 de marzo). Con la ayuda de la ecuación, se obtendrán los kVAr necesarios que requiere la planta para corregir el factor de potencia y no incurrir en penalizaciones.
Los datos a utilizar para obtener la potencia reactiva expresada en VAr (voltamperios reactivos) son: la potencia activa en vatios (P), el CosØ inicial (tomado por el analizador de carga), el ángulo Ø inicial y el ángulo Ø final (CosØ final deseado 0,98 debido que para el cálculo se necesitará el ángulo Ø este es igual a 0,20 expresado en radianes).
En la tabla se muestran valores calculados de potencia reactiva (Qc) necesarios para corregir el factor de potencia los mismos que fueron tomados, del periodo de tiempo de 6:03 am del 04 de marzo a 6:03 am del 05 de marzo del 2016 para asegurar un factor de potencia que se acerque lo más posible a 0,98 logrando así de esta manera no incurrir en penalizaciones.
47
HORA
PTOTAL (W)
CosØTOTAL
04/03/2016 06:03 04/03/2016 07:03
4800 9090
0,79 0,73
0,67 0,75
0,20 0,20
2800,75 6689,49
04/03/2016 08:03
11460
0,79
0,66
0,20
6536,93
04/03/2016 09:03
18360
0,88
0,49
0,20
6131,56
04/03/2016 10:03
12390
0,80
0,64
0,20
6776,60
04/03/2016 11:03
12360
0,81
0,62
0,20
6342,32
04/03/2016 12:03
7260
0,84
0,58
0,20
3234,25
04/03/2016 13:03
12900
0,78
0,67
0,20
7696,10
04/03/2016 14:03
7710
0,80
0,64
0,20
4196,84
04/03/2016 15:03
10980
0,81
0,62
0,20
5662,73
04/03/2016 16:03
11730
0,80
0,65
0,20
6507,30
04/03/2016 17:03 04/03/2016 18:03 04/03/2016 19:03 04/03/2016 20:03 04/03/2016 21:03 04/03/2016 22:03 04/03/2016 23:03 05/03/2016 00:03 05/03/2016 01:03 05/03/2016 02:03 05/03/2016 03:03 05/03/2016 04:03 05/03/2016 05:03 05/03/2016 06:03
11490 10530 10260 11010 10290 5070 5100 4920 4470 3330 3090 3450 3180 6300
0,80 0,81 0,84 0,83 0,84 0,88 0,94 0,94 0,94 0,97 0,98 0,97 0,97 0,89
0,65 0,63 0,57 0,59 0,58 0,49 0,34 0,34 0,34 0,25 0,22 0,26 0,25 0,48
0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20
6374,16 5594,88 4517,12 5134,43 4664,62 1693,19 781,41 720,58 654,68 158,39 62,01 222,81 151,26 1965,74
Ø inicial
Ø final
Qc (VAr) = P(TanØi TanØf)
Valores calculados de Qc que se necesitarán para mejorar el factor de potencia
48
Entonces según la tabla, a las 6:03 am se necesitará una potencia reactiva de 2.8 kVAr que asegurará un factor de potencia de 0,98; a las 9:03 am se necesitará una potencia reactiva de 6 kVAr. Se determina entonces que la potencia reactiva necesaria para compensar el factor de potencia es totalmente variable y por ende se necesitará de un banco de condensadores automático que suministre potencia reactiva según las necesidades de la planta. En la tabla se muestra un resumen (valores calculados de la potencia reactiva necesaria), en el cual se presenta valores medios, máximos y mínimos de todas las 289 mediciones realizadas por el analizador de carga en el período de tiempo análisis del 6:03 am del 04 de marzo al 6:03 am del 05 de marzo del 2016.
.
Valores medios, máximos y mínimos de potencia reactiva calculada
49
de
CALCULO PARA LA IMPLEMENTACION DE UNA VARIACION DE FRECUENCIA I.
Cálculo de rpm a diferentes frecuencias de forma teórica:
DATOS
ABREVIATURAS
Voltios : 220/440
Hz : HERTZ
Hz : 60
P : Potencia
H.P. : 0,4
n : Velocidad nominal en el eje del motor
× 746 = 298.4 watts
RPM : 1660
V : Voltios
Amperios : 1,7 / 0,85
I : Intensidad de corriente
Cos Ø : 0,80
f : Frecuencia
N° polos : 4
CÁLCULO CON FRECUENCIA DE 10 Hz n=
=
= 900 RPM
=
= 1200 RPM
CÁLCULO CON FRECUENCIA DE 50 Hz n=
= 600 RPM
CÁLCULO CON FRECUENCIA DE 40 Hz n=
=
CÁLCULO CON FRECUENCIA DE 30 Hz n=
= 300 RPM
CÁLCULO CON FRECUENCIA DE 20 Hz n=
=
=
= 1500 RPM
CÁLCULO CON FRECUENCIA DE 60 Hz n=
=
= 1800 RPM
50
MEDICION DE RPM A DIFERENTES FRECUENCIAS DE MANERA EXPERIMENTAL
FRECUENCIA Hz
VOLTAJE (VDC)
RPM
INTENSIDAD (A)
10
1.6
295
2.8
20
3.2
587
0.8
30
4.8
885
0.8
40
6.4
1184
0.8
50
8
1485
0.8
60
9.8
1780
0.7
Gráficas comparativas:
51
CALCULOS PARA HALLAR LA POTENCIA ACTIVA Y EL COSTO DE ENERGIA ACTIVA DEL PROYECTO A REALIZAR Sabiendo los datos del motor trifásico de la cinta elevadora son los siguientes: P (Potencia): V (Voltaje): A (Amperaje): f (frecuencia): 2p (Nro. de polos): Cos :
Deseamos conocer la potencia activa un motor trifásico de 15 hp:
Nota: Despejando:
DATOS: Consumo de energía del motor: Cantidad de horas de trabajo del motor: Tarifa consumo de energía eléctrica en horario normal (Edelnor): Días de trabajo mensual: 25 días. Calculo del consumo diario – mensual de energía del motor de 15 Hp:
Consumo diario:
consumo mensual:
52
Pago mensual (SIN IGV):
Pago mensual (INC IGV):
Figura 1: Tarifario de empresa abastecedora de energía
53
CALCULO DE RPM EN UN MOTOR DE DEL PROYECTO A REALIZAR
COSTOS DE INVERSION PARA LA INSTALACION DE UN VARIADOR DE FRECUENCIA EN PROYECTO A REALIZAR
Cotización de instalación de variador de frecuencia Descripción variador de frecuencia de 15 Hp - 220 Vac marca delta Llave termodinámica de 3*40A por riel Din Cable Nro. 12 THW - marca indeco Potenciómetro de 10 kΩ / 1 vuelta
Cantidad
UNIDAD
COSTO EN $
1
unid
2600
1
unid
26
3
metros
3.5
1
unid
15
Costo total
2644.50
54
CAPÍTULO 5. RESULTADOS 5.1.- Selección del tipo del banco de condensadores: La potencia reactiva a compensar es totalmente variable de acuerdo a los cálculos, con los datos de la tabla se procederá a realizar la selección del tipo de compensación ya sea éste fijo o automático con lo que se realizará la corrección del factor de potencia. 5.2.- Análisis técnico: Los datos expuestos en la tabla, son los kVAr necesarios por día de trabajo (24 horas), estos datos están expresados de la siguiente manera: •
Demanda mínima de potencia reactiva 46,51 VAr/día
•
Demanda máxima de potencia reactiva 8848 VAr/día
•
Demanda media de potencia reactiva 4080 VAr/día
Estos son los valores necesarios de potencia reactiva que necesitará la planta para no incurrir en penalizaciones mediante un banco de condensadores. Cuando la demanda de potencia reactiva es mínima tal como se muestra, en el período de tiempo de 23:03 pm del 04 de marzo al 05:48 am del 05 de marzo, se
presenta un factor
de potencia por encima de 0,92 lo cual hace que en este período se obtenga un factor de potencia cercano a la unidad; debido a que no hay cargas que demanden de potencia reactiva. Estos valores se presentan
en todo el período de análisis del 03 de marzo al
06 de marzo, por ende si se alimenta con potencia reactiva máxima o media se tendrá siempre una sobrecompensación; por tal motivo no es necesario ningún tipo de compensación en este período (23:03 pm del 04 de marzo al 05:48 am del 05 de marzo).
Al realizar una compensación con los 8848 VAr de demanda máxima como se muestra en la figura a; en este caso se tendrá una sobrecompensación durante todo el día 55
ya que esta potencia reactiva no es requerida durante todo el período de análisis, por ejemplo: en el período donde se demande de potencia reactiva media se tendría una sobrecompensación y solo en el período donde se tenga una demanda de potencia reactiva máxima se la estará compensando. Si se aplica una compensación fija con 4080 VAR ésta se adaptará a la demanda de potencia reactiva media que hay en la empresa, pero con la desventaja de que en Ciertas horas el sistema eléctrico de la planta se encontraría sobre compensada y su compensada como se muestra en la figura b.
Figura a y b Compensación fija
Debido a que se compensará una instalación en la que la potencia reactiva a compensar
tiene
muchas
fluctuaciones,
se
analizará
la
utilización
de
una
compensación que se adapte en cada momento a las necesidades de potencia reactiva de la instalación, es decir, a la demanda de kVAr.
Para conseguir esto se analizará la utilización de un banco de condensadores automáticos. “…..Un banco de condensadores automático esta formadas básicamente por: Controlador de factor de potencia, Condensadores, ores. El controlador detectará las 56
variaciones en el factor de potencia, y en función de estas fluctuaciones actuará sobre los ores permitiendo la entrada o salida de los condensadores necesario” En la figura se pudo observar que la curva de demanda de potencia reactiva calculada con los datos, es totalmente variable, utilizando el concepto de compensación automática y aplicando en el diseño del banco de condensadores automático,
se
pretenderá
entregar a cada momento del día la potencia reactiva necesaria que requiere el sistema eléctrico de la empresa, evitando de este modo una sobrecompensación o una sub compensación. De esta forma se necesitará una potencia reactiva de 8848 kVAr o una de valor al inmediato superior en este caso de
9 kVAr, el mismo que permitirá asegurar un factor de potencia
de 0,98 cuando se tenga una carga máxima; la cual se lo realizará mediante tres condensadores
en paralelo de 3kVAr. Se utilizará para el diseño un banco de
condensadores de 3 pasos (1:1:1), es decir, se tendrá un banco de condensadores automático de tres pasos de 3 kVAr cada uno, ya que al conectar cada
paso
se
completará los 9 kVAr requeridos. Se seleccionarán condensadores trifásicos de este valor, puesto que en el mercado no existen de menor capacidad, por ende a mayor número de pasos el ajuste es más fino; dado que cada paso del condensador es más pequeño permitiendo lograr un valor lo más cercano a 0,98 entonces cada vez que el controlador de factor de potencia detecte un bajo factor de potencia
mandará
una
señal
a
los
ores; permitiendo suministrar potencia reactiva de acuerdo a las necesidades de la planta como se muestra en la figura. En el caso de que el controlador de factor de potencia detecte un factor de potencia normal es decir mayor a 0,92 no accionará ningún or lo cual asegurará que no se produzca una sobrecompensación al momento que se tiene una demanda de carga mínima en el cual se requiere de una mínima potencia reactiva.
57
Figura Compensación automática de tres pasos (1:1:1)
Cuando se presente una demanda mínima de carga se requerirá de un valor de potencia reactiva mínima debido a que el factor de potencia es cercano a la unidad por consiguiente el controlador de factor de potencia necesitará del ajuste del parámetro C/K (sensibilidad) el cual presenta un valor de 0.1 a 1. Por ejemplo: si se fija un valor de C/K de 0,66 el condensador de 3 kVAr actuará únicamente cuando los requerimientos de potencia reactiva excedan los 2 kVAr (0,66*3000 ≈ 2); esto asegurará que cuando se presente una demanda de carga mínima no se produzca una sobrecompensación. Además el controlador de factor de potencia al detectar un factor de potencia mayor al fijado dejará automáticamente de entregar potencia reactiva al sistema eléctrico de la planta. El ajuste del parámetro C/K permitirá el accionamiento de los pasos siguientes, una vez accionado el primer paso y si el controlador de factor de potencia detecta un CosØ medio, accionará el siguiente paso y se tendrá una potencia reactiva de 6 kVAr. De igual manera cuando el controlador de factor de potencia detecte un valor de CosØ mínimo accionará el siguiente paso suministrando los 9 kVAr. Finalmente se logrará que en cualquier momento del día se tenga un factor de potencia lo más cercano a 0,9
58
CIR
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9
DESCRIPCION Tablero general Cerco perimétrico Sistema de preparación Bomba de agua Bomba de agua Cámaras de secado
PUNTOS W/POTENCIA
POTIENCIA (W)
MAX DEM (W)
FD
Vn (v)
FAS
220 220
3 3
In (AMP)
In X 1.25 (AMP)
INT (AMP)
3.09477273 5.02727273 5.02727273 65.6818182
3.868465909 6.284090909 6.284090909 82.10227273
3 X 16 A 3 X 16 A 3 X16 A 3 X132 A
1
5000
140148 5000
1 1 1 5
890 2000 2000 4000
890 2000 2000 20000
0.9 0.7 0.7 0.85
801 1400 1400 17000
220 220 220 220
3 3 3 3
Caldero Zona de acondicionado
1
16000
16000
0.9
14400
220
3
1
7500
7500
0.7
5250
220
3
0.85 20.2840909 25.35511364 3 X 50 A
Secador de mano Iluminación pasadizo
1
800
800
0.6
480
220
3
0.85 1.85454545 2.318181818 3 X 16 A
7
40
280
0.8
224
220
3
0.9 0.91636364 1.145454545 3 X 16 A
1
3850
3850
0.7
2695
220
3
0.79
12.096875 3 X 16 A
3 X 6 mm2 3 X 2.5 mm 2 3 X 2.5 mm 2 3 X 2.5 mm 2
1
2300
2300
0.85
1955
220
3
0.85 7.55340909 9.441761364 3 X 16 A
3X 2.5 mm2
1 1 1 1 1 1 1
1000 15000 15000 1500 1800 15000 6870
1000 15000 15000 1500 1800 15000 6870
0.7 0.7 0.85 0.7 0.9 0.9 0.7
700 10500 12750 1050 1620 13500 4809
220 220 220 220 220 220 220
3 3 3 3 3 3 3
0.82 0.88 0.88 0.86 0.82 0.85 0.87
3X 2.5 mm2 3 X 16 mm2 4 X 16 mm2 3X 2.5 mm2 3X 2.5 mm2 3 X 16 mm2 3 X 6 mm2
C10 Pastorales Sistema de C11 aireación Sistema de C12 preparación C13 Cockie caper C14 Túnel C15 Línea depositado C16 Sistema de cocción C17 Compresor C18 Sistema de pesaje
1
118892 5000
SECCION mm2 3 X 500 0.9 486.376364 607.9704545 3 X 700 A mm2 0.9 20.4545455 25.56818182 3 X 50 A 3 X 6 mm2
F.P
59
0.85 0.79 0.79 0.85
3X 2.5 mm2 3X 2.5 mm2 3X 2.5 mm2 3 X 25 mm2 3 X 25 mm 0.9 58.9090909 73.63636364 3 X132 A 2
9.6775
2.60909091 42 51 4.10454545 6.03818182 52.1590909 19.0174091
3.261363636 52.5 63.75 5.130681818 7.547727273 65.19886364 23.77176136
3 X 16 A 3 X 99 A 3 X 99 A 3 X 16 A 3 X 16 A 3 X 99 A 3 X 50 A
CONCLUSIONES
Finalizado el proyecto se ha llegado a las siguientes conclusiones:
a) Elección del tipo de banco a utilizar: Aunque los dos sistemas de compensación fija y automática son válidos; para la compensación de la energía reactiva, de acuerdo al análisis técnico se procedió a seleccionar un banco de condensadores automático trifásico debido a que es el que más conviene para las características
del sistema eléctrico de AMBEV, además
porque es el que se ajusta a la demanda de potencia reactiva variable que existe en la empresa. El banco de condensadores automático es una opción ideal, dado que, al tener un controlador de factor de potencia estará conectando y desconectando,
mediante los
ores, a los condensadores trifásicos conforme sea necesario y se mantendrá un valor de factor de potencia lo más cercano al prefijado, para el caso de la empresa AMBEV de 0,98.
b) Utilización de un variador de velocidad:
Utilizando el variador de velocidad tendremos un mejor control de nuestros procesos.
También podremos reducir el consumo de energía ya que vamos evitar los picos de corriente.
Hemos podido observar que utilizando un variador de velocidad podremos adaptarnos a nuestras necesidades de acuerdo a la producción.
Con los cálculos realizados podemos optimizar nuestros costos en nuestro proceso.
60
RECOMENDACIONES
a) Dispositivos de protección:
Un banco de condensadores es un equipo eléctrico muy vulnerable, tanto a fallas como
a
condiciones
anormales
de
operación.
En
cualquier
instalación
de
condensadores de potencia es necesario planear una protección adecuada. Estos dispositivos están destinados a mantener la continuidad del servicio, evitando los posibles daños al personal y al equipo. Para el banco de condensadores automático se necesitará de un interruptor principal y de protecciones individuales para cada paso, es decir, para cada condensador.
b) Principales objetivos de una protección para un banco de condensadores: Evitar que la avería de un condensador origine interrupciones en el suministro de energía Proteger las unidades sanas del banco, equipos próximos y al personal en el caso de una falla. Evitar que las unidades restantes en el banco puedan funcionar con una tensión excesiva.”
c) Se recomienda implementar un sistema de puesta a tierra de electrodos de varilla simple, ya que la tierra en donde se encuentra la planta tiene mayor humedad y por ende mayor conductividad; el pozo construido tendrá 2 mts. de profundidad, 1 varilla de 2 mts. y el área de 2 x 2 mt2.
61
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
62
63
INDUSTRIAL
2016 CURSO
Ingeniería Eléctrica DOCENTE:
Juan Carlos Huamaní De La Cruz INTEGRANTES
Carhuallanqui Paullo, Juan Espinoza Trujillo, Jenny Loredo Sifuentes, Israel Aliaga Dominguez, Wiliam
1
INDICE
CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN
2
1. Realidad problemática
3
2. Formulación del problema
4
3. Justificación
5
4. Limitaciones
6
5. Objetivos:
7
5.1. Objetivo General 5.2. Objetivos específicos
CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 1. Antecedentes:
8
1.1.- La Industria de Bebidas Gaseosas
9:
1.2.- En la actualidad
9
2.- Bases teóricas 2.1.- Concepto 2.1.1.- Banco de capacitores
11
2.1.2.- Variador de corriente alterna
11
Aplicación de las variaciones de corriente alterna
Ventajas de las variadores de velocidad
2.2.- Ventajas de la corrección del factor de potencia
14
2.3.- Banco fijo para corrección de factor de potencia (FP)
15
2.4.- Características generales de los bancos fijos de capacitadores en baja tensión 16 2.5.- Beneficios de los bancos fijos de capacitores en baja tensión
17
2.5.1.- Beneficios económicos 2.5.2.- Beneficios Técnicos 2.6.- Campo de aplicación
17
2.7.- Importancia del Factor de Potencia
19
2.8.- Importancia de Variadores de Velocidad
19
2
2.8.1.- Ventajas de la compensación CAPITULO 3. DEFINICION DE TERMINOS BASICOS 3.1.- Potencia Activa
21
3.2.- Potencia Reactiva
21
3.3.- Potencia Aparente
23
3.4.- El factor de potencia
23
3.5.- Compensación del factor de potencia en un circuito monofásico
24
3.6.- Compensación del factor de potencia en un circuito trifásico
25
3.7.- El ángulo
25
3.8.- Tipos de carga:
26
CAPÍTULO 4: HIPÓTESIS
27
CAPÍTULO 5. RESULTADOS
55
CONCLUSIONES
59
RECOMENDACIONES
60
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
61
3
CAPITULO 1
INTRODUCCIÓN
Los Bancos de Condensadores son aptos para su utilización en Sub-estaciones de Baja y Media Tensión donde se desee compensar la Energía Reactiva (o Factor de Potencia) que consumen los motores eléctricos y las demás cargas.
La compensación de energía reactiva mediante Bancos de condensadores se efectúa para no pagar energía reactiva al suministrador de energía eléctrica, para disminuir caídas de tensión, para minimizar pérdidas de energía, para ampliar la capacidad de transmisión
de
potencia
activa
en
los
cables;
entre
otras
aplicaciones.
En casos especiales los Bancos de condensadores también pueden funcionar como filtros de armónicos para lo cual es necesario insertar una inductancia en serie con cada paso de condensadores. Los valores de condensadores e inductancias se determinan realizando un estudio de calidad de energía del sistema eléctrico.
Los variadores de frecuencia son sistema utilizados para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna.
Se trata de dispositivos electrónicos, que permiten el control completo de motores eléctricos de inducción; los hay de c.c. (variación de la tensión), y de c.a. (variación de la frecuencia); los más utilizados son los de motor trifásico de inducción y rotor sin bobinar (jaula de ardilla), también se les denomina inversores o variadores de velocidad.
1. Realidad problemática:
4
En todo tipo de industrias, ya sea embotelladora de bebidas Gasificadas o no Gasificadas es necesario mantener un Factor de Potencia alto. La industria embotelladora inicia sus operaciones (producción) en Barranca, lo cual no consideró crecer de manera rápida su producción; el operar con bajo factor de potencia una instalación eléctrica, además del impacto que hubo en la factura eléctrica, tuvo otros inconvenientes: Aumento de la intensidad de corriente. Perdidas en los conductores y fuertes caídas de tensión. La temperatura de los conductores aumenta y esto disminuye la vida de su aislamiento. Aumentos de sus facturas por multas y recargos. Gastos improductivos por la velocidad constante que tiene las fajas elevadoras y a la vez genera pérdida de materia prima y hombre maquina en el abastecimiento
Las cargas inductivas como motores, fajas transportadoras, transformadores, etc., son el origen del bajo factor de potencia, ya que son cargas no lineales que contaminan la red eléctrica, en este tipo de equipos el consumo de corriente se desfasa con relación al voltaje lo que provoca un bajo factor de potencia.
2. Formulación del problema
5
Anteriormente la empresa ya ha sido observada por bordear el límite inferior del factor de potencia (0.92) lo cual implica una penalización. Se requiere evaluar la demanda de potencia y el factor de potencia en un lapso de 24 horas, en períodos de tiempo con funcionamiento normal y solo con las luminarias de los patios exteriores de la empresa.
Medidas obtenidas de la evaluación realizada.
Q(Var)
Cos ф
S
Medio
8597.23
4836.85
0.85
9864.45546
220
29.36
Maximo
18840
9930
0.98
21296.7251
220
27.79
Mínimo
3030
420
0.69
3058.97042
220
7.89
3. Justificación: 6
U
фi = arctan(Q(Var)/P(w))
P(w)
La presente investigación se enfocará en la implementación de un banco condensador en una embotelladora industrial, ya que implementado dicho banco estaríamos reduciendo el monto del recibo de energía eléctrica y eliminarían las penalizaciones, obteniendo bonificaciones hasta del 2.5% de la factura total.
Los motivos que nos llevaron a investigar los efectos de los bancos condensadores es por la reducción y/o eliminación de los cargos por bajo factor de potencia, esto ocasionaría un ahorro en la embotelladora, si se instalan correctamente se pueden tener ahorros económicos del 3 a 6%; la compensación de energía reactiva mediante bancos de condensadores se efectúa para no pagar energía reactiva al suministrador de energía eléctrica, para disminuir caídas de tensión, para minimizar perdidas de energía, para ampliar la capacidad de transmisión de potencia activa en los cables; entre otras aplicaciones.
Los beneficios que se obtienen no son sólo económicos, también son beneficios técnicos, ya que el uso de dichos bancos disminuiría perdidas por calentamiento en cables, motores y transformadores, además el banco es 100% reparable en campo y su ventilación es por convección natural; por lo tanto evitaría los gastos en mantenimiento.
Generar una mayor rentabilidad económica para la empresa, y a su vez mejorar nuestros procesos justifica la sustentación de este proyecto. Variando la velocidad de la cinta elevadora eliminaremos la manipulación de encendido y apagado manual generando pérdidas de horas hombres, materia prima, esto se traduce en pérdidas económicas.
4. Limitaciones:
7
Para implementar bancos condensadores deben cumplir con algunas limitaciones y/o requisitos:
Los bancos condensadores deben ser estáticos, monofásicos, construidos en estanques metálicos sellado, con terminales accesibles y aislados.
Todos los condensadores
deberán ser aptos para operar con 110% de su
tensión nominal en régimen continuo.
Los bancos condensadores necesitan ser ubicados en sub estaciones, lo cual ocupa un espacio determinado.
Variador de velocidad, Instalar un dispositivo de parada de emergencia externo que posibilite la parada instantánea de la operación y el corte de la alimentación. En caso de no instalar dicho dispositivo pueden producirse daños en personas.
Variador de velocidad, Instalar interruptores automáticos externos y tomar otras medidas de seguridad contra cortocircuito en el cableado externo. No hacerlo puede provocar fuego.
No conectar al revés el variador de velocidad (confundir la entrada con la salida).
No conectar la fuente de alimentación de c.a. a los terminales de salida U, V o W, pues se pueden provocar daños o malfuncionamientos del producto.
5. Objetivos: 8
5.1. Objetivo General:
Mejorar el factor de potencia en los sistemas eléctricos de
baja, mediana y alta
tensión, para evitar penalizaciones que la empresa suministradora impone y también reducir la velocidad de la cinta elevadora de áridos, la dosificación de estos áridos nos garantiza la calidad de nuestro producto final, así mismo aplicaremos la filosofía del mejoramiento continuo.
5.2. Objetivos específicos:
Utilizar eficientemente la capacidad instalada. De 0.6 a 0.9 (F.P), significa disponer de aproximadamente 33% de energía adicional sin cambiar generadores o transformadores.
Mejorar el nivel del voltaje o regulación, debido a la disminución del porcentaje de caída de voltaje.
Reducir las pérdidas de la materia prima.
Tener un control exacto de la velocidad.
Reducir los picos de corriente al arranque de la cinta elevadora.
CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO
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1. Antecedentes:
La empresa
EMBOTELLADORA RIVERA S.A.C, con RUC: 20102725647 nace en
1933 en Barranca. El iniciador de lo que, con el pasar de los años, sería el Grupo CONCORDIA, Don Víctor Rivera Ascencios desarrollaba su actividad empresarial como distribuidor de cerveza; y al plantearse el reto de iniciar una industria propia - la cual consistiría en la elaboración de vinos de uva proveniente de los valles vecinos a Barranca-, contrató a dos experimentados profesionales del ramo que habían trabajado en la fábrica de licores " La Concordia" en París. Se adquirieron las fórmulas, hierbas y especificaciones para maceración, adaptándose el nombre "La Concordia" para comercializar los nuevos productos.
1.1.- La Industria de Bebidas Gaseosas:
En 1938 se adquirió un terreno de 1,800M2 en Barranca, donde se construyó la primera fábrica de bebidas gaseosas del Grupo CONCORDIA. Dicha fábrica se inició produciendo los sabores de cola, fresa, piña y limón, los cuales se empezaron a comercializar bajo la marca "CONCORDIA". Como consecuencia de la acogida por los consumidores, para 1939 la fábrica debió ampliar sus instalaciones, por lo que se adquirieron dos equipos adicionales para la 10
producción de bebidas gaseosas y se ampliaron sus almacenes, llegando las instalaciones a ocupar un terreno de más de 8,000 M2. Los productos Concordia eran comercializados por la costa hasta Chimbote y por la sierra hasta Caraz. Con el transcurrir de los años y con la construcción de carreteras, se fue ampliando la cobertura geográfica mediante la adquisición progresiva de unidades de transporte para la distribución, haciéndose necesaria la instalación de una segunda fábrica de bebidas gaseosas para lograr una eficiente atención del mercado ahora cubierto, por lo que en Noviembre de 1952 se fundó Bebidas La Concordia S.A., la que comenzó a operar con una fábrica en la ciudad de Chiclayo.
1.2.- En la actualidad: La Compañía de Bebidas las Américas (AmBev), mayor productora de cerveza y gaseosas de Brasil, anunció la compra de dos nuevas embotelladoras en Perú, así como
de
otros
activos
que
pertenecían
a
la
Embotelladora
Rivera.
AmBev cerró un acuerdo para la adquisición de varios activos de la Embotelladora Rivera, entre ellos los derechos para producir y distribuir productos de Pépsico en la región norte de Perú, según un comunicado divulgado por la empresa brasileña.
2.- Bases teóricas:
11
2.1.- Concepto: 2.1.1.- Banco de capacitores: Es un conjunto de capacitores que mediante un equipo electrónico que mide el coseno fi, agrega capacitores a medida que aumenta la carga inductiva y los desconecta si baja la carga inductiva, por eso se lo llama banco, pues son varios capacitores que se conectan y desconectan controlados por un cerebro electrónico. Los bancos de condensadores son utilizados para aumentar el factor de potencia sin aumentar costos. Es decir, la fuente suministra la misma energía, pero el banco de condensadores almacena y suministra cuando se hace necesario. Al poner un banco de condensadores el factor de potencia se hace más alto, y los costos disminuyen.
2.1.2.- Variador de corriente alterna:
12
Es un dispositivo utilizado para controlar la velocidad de rotación de un motor de c.a o de inducción. Este tipo de motores también se conocen como motores asíncronos o en jaula de ardilla.
El variador de velocidad se coloca entre la red y el motor. El variador recibe la tensión de red a la frecuencia de red (50Hz) y tras convertirla y después ondularla produce una tensión con frecuencia variable.
La velocidad de un motor va prácticamente
proporcional a la frecuencia.
13
Aplicaciones de los variadores de frecuencia Los variadores de frecuencia tienen sus principales aplicaciones en los siguientes tipos de máquinas:
Transportadoras: Controlan y sincronizan la velocidad de producción de acuerdo al tipo de producto que se transporta, para dosificar, para evitar ruidos y golpes en transporte de botellas y envases, para arrancar suavemente y evitar la caída del producto que se transporta, etc.
Bombas y ventiladores centrífugos: Controlan el caudal, uso en sistemas de presión constante y volumen variable. En este caso se obtiene un gran ahorro de energía porque el consumo varía con el cubo de la velocidad, o sea que para la mitad de la velocidad, el consumo es la octava parte de la nominal.
Bombas de desplazamiento positivo: Control de caudal y dosificación con precisión, controlando la velocidad. Por ejemplo en bombas de tornillo, bombas de engranajes. Para transporte de pulpa de fruta, pasta, concentrados mineros, aditivos químicos, chocolates, miel, barro, etc.
Ascensores y elevadores: Para arranque y parada suaves manteniendo la cupla del motor constante, y diferentes velocidades para aplicaciones distintas.
Extrusoras: Se obtiene una gran variación de velocidades y control total de la cupla del motor.
14
Centrífugas: Se consigue un arranque suave evitando picos de corriente y velocidades de resonancia.
Prensas mecánicas y balancines: Se consiguen arranques suaves y mediante velocidades bajas en el inicio de la tarea, se evitan los desperdicios de materiales.
Máquinas textiles: Para distintos tipos de materiales, inclusive para telas que no tienen un tejido simétrico se pueden obtener velocidades del tipo random para conseguir telas especiales.
Compresores de aire: Se obtienen arranques suaves con máxima cupla y menor consumo de energía en el arranque.
Pozos petrolíferos: Se usan para bombas de extracción con velocidades de acuerdo a las necesidades del pozo.
Ventaja de los variadores de velocidad: Cuando comparamos la alimentación de un variador de velocidad con la alimentación convencional de un motor notamos las siguientes ventajas:
Menor consumo: Con una alimentación convencional el motor funciona siempre a velocidad nominal. Con un variador la velocidad se ajusta a la velocidad necesaria. Por ejemplo en bombas de riego para regular el caudal se cierran las llaves de paso mientras que con un variador se reduce la velocidad de funcionamiento consumiendo menos. 15
Instalación más sencilla con menos errores de cableado.
Funciones de protección: límite de corriente, fallo de tierra, protección contra caída de tensión, etc.
Arranque y paradas suaves. Alarga la vida del motor, evita daños en elementos auxiliares. Por ejemplo en bombas de pozo las arrancadas y paradas suaves eliminan los golpes de ariete que provocan rotura de válvulas, daños en las bombas, etc.
Posibilidad de control y seguimiento por ordenador. Variadores pueden enviar información a un ordenador para su posterior análisis.
Cubre necesidades de regulación. Por ejemplo en ventiladores permite controlar su velocidad en función de la temperatura.
No usa contados ON/OFF. Esto proporciona seguridad y fiabilidad.
Facilidad y seguridad para cambiar de sentido de giro.
2.2.- Ventajas de la corrección del factor de potencia: Al corregir el factor de potencia a niveles más altos, nos da las siguientes ventajas:
Un menor costo de energía eléctrica. Al mejorar el factor de potencia no se tiene que pagar penalizaciones por mantener un bajo factor de potencia.
16
Aumento en la capacidad del sistema. Al mejorar el factor de potencia se reduce la cantidad de corriente reactiva que inicialmente pasaba a través de transformadores, alimentadores, tableros y cables.
Mejora en la calidad del voltaje. Un bajo factor de potencia puede reducir el voltaje de la planta, cuando se toma corriente reactiva de las líneas de alimentación. Cuando el factor de potencia se reduce, la corriente total de la línea aumenta, debido a la mayor corriente reactiva que circula, causando mayor caída de voltaje a través de la resistencia de la línea, la cual, a su vez, aumenta con la temperatura. Esto se debe a que la caída de voltaje en una línea es igual a la corriente que pasa por la misma multiplicada por la resistencia en la línea.
Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y generadores.
Con la instalación de bancos de condensadores la empresa podrá: Ahorrar por disminución de consumos de energía reactiva. Evitar los cobros por energía reactiva. Evitar las pérdidas de energía en el sistema debido a estas cargas inductivas.
Aumento de la vida útil de las instalaciones.
2.3.- Banco fijo para corrección de factor de potencia (FP): En la corrección del factor de potencia se alcanzan los mayores beneficios cuando la compensación de potencia reactiva se hace individualmente sobre las cargas que generan un bajo factor de potencia, sin embargo en ocasiones esto puede tener un costo excesivo. Los bancos fijos son muy útiles cuando se requiere mejorar el factor de potencia de una carga o un grupo de cargas cuya demanda de potencia reactiva es básicamente constante.
17
El banco fijo siempre está conectado a la línea de alimentación pero dependiendo de la aplicación pueden ser conectados o desconectados con los arrancadores de los motores. 2.4.- Características generales de los bancos fijos de capacitadores en baja tensión: El banco cuenta con una garantía de 7 años y es certificado de proveedor confiable expedido por el LAPEM, Laboratorio de pruebas Eléctricas y materiales, de CFE.
Celdas Capacitivas:
El banco está constituido por celdas capacitivas monofásicas que pueden conectarse en delta o en estrella. Las celdas son polipropileno metalizado con perfil reforzado y han sido diseñadas para temperatura de operación de 80ºC en forma continua.
Celda Capacitiva con resistencia de descarga:
Las celdas capacitivas tienen la aprobación de los laboratorios UL en forma individual y cumple con las normas ANSI – NEMA y EIA – 456. Esta última requiere que los capacitadores sean sometidos 1.25 veces se tensión nominal, a una temperatura de 10ºC arriba de su temperatura de diseño durante 2000 horas y conserven su capacitancia dentro de un rango de +-3%.
Esta prueba garantiza una vida del producto por 20 años. A diferencia de la normal IEC que prueba sus unidades a 40ºC por 1000 horas, la norma NEMA garantiza un mejor desempeño de los capacitadores.
De hecho la norma IEC no permite que la temperatura ambiente sobrepase 40ºC y además esta temperatura no puede conservarse más de 8 horas por cada 24 horas. 18
2.5.- Los variadores de frecuencia tienen sus principales aplicaciones en los siguientes tipos de máquinas:
Transportadoras. Controlan y sincronizan la velocidad de producción de acuerdo al tipo de producto que se transporta, para dosificar, para evitar ruidos y golpes en transporte de botellas y envases, para arrancar suavemente y evitar la caída del producto que se transporta, etc.
Bombas y ventiladores centrífugos. Controlan el caudal, uso en sistemas de presión constante y volumen variable. En este caso se obtiene un gran ahorro de energía porque el consumo varía con el cubo de la velocidad, o sea que para la mitad de la velocidad, el consumo es la octava parte de la nominal.
Bombas de desplazamiento positivo. Control de caudal y dosificación con precisión, controlando la velocidad. Por ejemplo en bombas de tornillo, bombas de engranajes. Para transporte de pulpa de fruta, pasta, concentrados mineros, aditivos químicos, chocolates, miel, barro, etc.
2.6.- Beneficios de los bancos fijos de capacitores en baja tensión:
El banco fijo de capacitores genera una serie de beneficios, tanto económicos como técnicos, en la planta donde es instalado.
2.6.1.- Beneficios económicos:
Reducción del monto del recibo de energía eléctrica debido que se eliminan las penalizaciones y se pueden obtener bonificaciones hasta del 2.5% de la factura total.
El consumo total de energía disminuye, incluyendo la demanda máxima. Si el banco instalado correctamente puede generar ahorros del 2 al 6% del consumo total. 19
Se evita el desgaste prematuro de los equipos por calentamiento excesivo provocando por la operación con baja tensión.
El banco requiere de un mantenimiento mínimo.
Su vida útil es mayor a 15 años por sus bajas perdidas y diseño a 80ºC continuos.
Se suministra con todos los componentes necesarios y debidamente distribuidos para facilitar su instalación.
2.6.2.- Beneficios Técnicos:
Se
disminuye
las
pérdidas por
calentamiento
en
cables,
motores
y
transformadores.
Se libera capacidad en los conductores y transformadores de la instalación.
Se mejora la regulación de la tensión.
Las resistencias individuales de descarga evitan riesgos para el operador del banco.
El banco es 100% reparable en campo.
Su montaje puede ser en piso o en pared.
Ventilación por convección natural.
Amplio espacio para instalación.
Tiene indicación visual de falla de las celdas.
Cuando comparamos la alimentación de un variador de velocidad con la alimentación convencional de un motor notamos las siguientes ventajas:
Menor consumo, Instalación más sencilla con menos errores de cableado, Funciones de protección: límite de corriente, fallo de tierra, protección contra caída de tensión, etc.
20
2.7.- Campo de aplicación: Los Bancos condensadores son aptos para su utilización en sub – estaciones de baja y media tensión donde se desee compensar la energía reactiva (o Factor de potencia) que consume los motores eléctricos y las demás cargas. La compensación de energía reactiva mediante bancos de condensadores se efectúa para no pagar energía reactiva al suministrador de energía eléctrica, para disminuir caídas de tensión, para minimizar perdidas de energía, para ampliar la capacidad de transmisión de potencia activa en los cables; entre otras aplicaciones.
En casos especiales los bancos de condensadores también pueden funcionar como filtros de armónicos para lo cual es necesario insertar una inductancia en serie con cada paso de condensadores. Los valores de condensadores e inductancia se determinan realizando un estudio de calidad de energía del sistema eléctrico. Los bancos de condensadores pueden ser fijos o automáticos, dependiendo del diagrama de carga de energía reactiva, de la potencia a compensar, del nivel de tensión de la red eléctrica y del tipo de carga.
2.8.- Importancia del Factor de Potencia:
Se puede definir como la relación entre la potencia activa (Kw) y la potencia aparente (Kva) y es el indicativo de la eficiencia con que está utilizando la energía eléctrica para producir un trabajo útil. Un bajo factor de potencia (varía entre 0 y 1) limita la capacidad de los equipos y los arriesga a sobrecargas peligrosas y pérdidas excesivas de energía. El origen del bajo factor de potencia son las cargas de naturaleza inductiva, principalmente motores de inducción, luces fluorescentes, equipos electrónicos y formas de onda distorsionadas (armónicas). El primer paso en la corrección de un problema de factor de potencia es prevenirlos mediante la selección y operación correcta de los equipos. Los sistemas de compensación de reactivos (condensadores principalmente) son una forma práctica y económica de mejorar el factor de potencia, 21
sobre todo en instalaciones existentes. Su utilización puede ser un problema complejo y es conveniente recurrir a especialistas si no se cuenta con los recursos necesarios para resolverlo.
2.9.- Importancia de Variadores de Velocidad:
-
Arranque y paradas suaves. Alarga la vida del motor, evita daños en elementos auxiliares. Por ejemplo en bombas de pozo las arrancadas y paradas suaves eliminan los golpes de ariete que provocan rotura de válvulas, daños en las bombas, etc.
-
Posibilidad de control y seguimiento por ordenador. Variadores pueden enviar información a un ordenador para su posterior análisis.
-
Cubre necesidades de regulación. Por ejemplo en ventiladores permite controlar su velocidad en función de la temperatura.
-
No usa contados ON/OFF. Esto proporciona seguridad y fiabilidad.
-
Facilidad y seguridad para cambiar de sentido de giro.
2.9.1.- Ventajas de la compensación:
Son algunas ventajas que proporciona trabajar con un factor de potencia corregido:
Evitar la penalización en la facturación mensual de la empresa eléctrica.
Utilizar más eficientemente la capacidad instalada. Por ejemplo, mejorando el factor de potencia de 0.6 a 0.9 significa disponer de aproximadamente 33% de energía adicional sin cambiar generadores o transformadores.
Además, para el caso, las pérdidas se reducirían en alrededor de hasta el 55%. Debido a la reducción de corriente en los conductores. Esto es particularmente interesante en nuevas instalaciones pues puede ahorrar dinero al dimensionar los conductores. 22
Consecuencia de lo anterior también es la mejora del nivel de voltaje o regulación, debido a la disminución del porcentaje de caída de voltaje.
La empresa suministradora de energía establece que el factor de potencia debe ser de orden de 0.93 o 93%.
3.- DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS: 3.1.- Potencia Activa: La potencia efectiva o real es la que se transforma en calor en una resistencia. Es la única que realmente consume en el circuito y, por lo tanto, es la que debe aportar el generador al circuito. Unidades: Watts (W) Símbolo: P Fórmula:
3.2.- Potencia Reactiva:
Es la potencia con la que se carga y descarga constantemente la bobina. Es una potencia que no se consume; únicamente se intercambia entre generador y la bobina, haciendo fluir una corriente extra por los conductores de alimentación. Unidades: VAR Símbolo: Q Fórmula:
23
3.3.- Potencia Aparente:
Es la potencia total que transportan los conductores que alimentan al circuito. Si existen receptores activos y reactivos, por los conductores que alimentan a dicho circuito se transportan
ambas
potencias.
Si
sumamos
vectorialmente
estas
potencias
obtendremos la potencia aparente. Unidades: VA Símbolo: S Fórmula:
3.4.- El factor de potencia:
El factor de potencia se define como el cociente de la relación de la potencia activa entre la potencia aparente; esto es:
Comúnmente, el factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo. El valor ideal del factor de potencia es 1, esto indica que toda la energía consumida por los aparatos ha sido transformada en trabajo. Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad significa un mayor consumo de energía necesaria para producir un trabajo útil. Gráficamente estas tres expresiones están relacionadas mediante el triángulo de potencias:
24
Dependiendo del tipo de carga, el factor de potencia puede ser: adelantado, retrasado, igual a 1. En las cargas resistivas como las lámparas incandescentes, la tensión y la corriente están en fase en este caso, se tiene un factor de potencia unitario. En las cargas inductivas como los motores y transformadores, la intensidad
se
encuentra retrasada respecto a la tensión.
En este caso se tiene un factor de potencia retrasado. En las cargas capacitivas como los condensadores, la corriente se encuentra adelantada respecto al voltaje. En este caso se tiene un factor de potencia adelantado.
Un receptor que debe producir una potencia P lo puede hacer absorbiendo de la línea una potencia Q o Q´, con un COS
y cos
respectivamente.
Sin embargo en el primer caso la intensidad absorbida es menor que en el segundo (S = V·I < S = V·I' entonces I < I’) con la consiguiente reducción de las pérdidas por efecto joule.
25
Por la razón anterior, entre otras, en una instalación interesa tener valores altos del factor de potencia (cos ).
Problemas por bajo factor de potencia: Mayor consumo de corriente Aumento de las pérdidas e incremento de las caídas de tensión en los conductores
Sobrecarga de transformadores, generadores y líneas de distribución. Incremento de la facturación eléctrica por mayor consumo de corriente.
Beneficio por corregir el factor de potencia: Disminución de las pérdidas en conductores. Reducción de las caídas de tensión. Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y generadores.
Incremento de la vida útil de las instalaciones Reducción de los costos por facturación eléctrica. 3.5.- Compensación del factor de potencia en un circuito monofásico:
Las cargas inductivas requieren potencia reactiva para su funcionamiento. Esta demanda de potencia reactiva se puede reducir e incluso anular si se colocan condensadores en paralelo con la carga. Cuando se reduce la potencia reactiva, se mejora el factor de potencia.
26
3.6.- Compensación del factor de potencia en un circuito trifásico:
Las cargas inductivas requieren potencia reactiva para su funcionamiento. Esta demanda de potencia reactiva se puede reducir e incluso anular si se colocan condensadores en paralelo con la carga. Cuando se reduce la potencia reactiva, se mejora el factor de potencia.
CAPÍTULO 3. HIPÓTESIS 1. Formulación de la hipótesis 2. Operacionalización de las variables
27
3.7.- El ángulo
:
En electrotecnia, el ángulo
nos indica si las señales de voltaje y corriente se
encuentran en fase.
Dependiendo del tipo de carga, el factor de potencia (F.P= Cos
Adelantado
Retrasado
Igual a 1.
)
3.8.- Tipos de carga:
Cargas Resistivas: En las cargas resistivas como las lámparas incandescentes, el voltaje y la corriente están en fase. En este caso, se tiene un factor de potencia unitario.
Cargas inductivas: En las cargas reductivas como los motores y transformadores, la corriente se encuentra retrasada respecto al voltaje. En este caso se tiene un factor de potencia retrasado.
Cargas Capacitivas: En las cargas capacitivas como los condensadores, la corriente se encuentra adelantada respecto al voltaje. Factor de potencia adelantado.
28
CAPÍTULO 4: HIPÓTESIS Una vez obtenidos estos datos se procedió a seleccionar parámetros eléctricos como: potencia activa, potencia reactiva y factor de potencia. A partir de mediciones. Efectuar distintas mediciones aguas abajo del disyuntor general de protección con la instalación en las condiciones de carga habituales. Los datos a medir deben ser los siguientes: Potencia activa (kW), Potencia reactiva (kVAr), Factor de potencia (Cos Ø). A partir de estos datos elegir el cos Ø medio de la instalación.” De esta manera se seleccionarán los datos recomendados a partir de mediciones, los mismos que permitirán realizar los cálculos correspondientes para determinar la potencia reactiva requerida para realizar la corrección del factor de potencia. El resumen, se muestra en la tabla en la cual se presentan valores medios, máximos, mínimos de potencia activa, potencia reactiva y factor de potencia.
29
MEDIDAS OPTENIDAS
Curva de potencia activa, potencia reactiva y factor de potencia en el periodo de 6:03 am del 4 de marzo a 6:03 am del 5 de marzo del 2016
30
DATOS OBTENIDOS:
Q(Var)
Cos ф
S
Medio
8597.23
4836.85
0.85
9864.45546
220
29.36
Maximo
18840
9930
0.98
21296.7251
220
27.79
Mínimo
3030
420
0.69
3058.97042
220
7.89
Potencia activa:
MEDIA:
MAXIMA:
31
U
фi = arctan(Q(Var)/P(w))
P(w)
MINIMO:
En la figura se muestra la curva de la potencia activa y potencia reactiva demandada, además se muestra la curva del factor de potencia desde las 6:03 am del 04 de marzo a las 6:03 am del 05 de marzo del 2016, esta curva se obtiene mediante los datos, cabe mencionar que las curvas se obtuvieron con valores totales de potencia activa, potencia reactiva y factor de potencia proporcionados por el analizador de carga. Además se puede observar cómo el factor de potencia va variando en el período de tiempo de análisis, aquí el factor de potencia presenta valores por debajo del límite permitido (0,92) lo cual implica una penalización. En el lapso de 6:03 am a 23:33 pm del 04 de marzo (período uno) se tiene un factor de potencia mínimo de 0,69 lo cual indica una mayor demanda de potencia reactiva.
Mientras que a partir de las 23:43 pm del 04 de marzo hasta las 5:43 am del 05 de marzo (período dos) se presentan valores de factor de potencia por encima de 0,92 llegando a tener un factor de potencia máximo de 0,98 dando lugar a una menor demanda de potencia reactiva debido a que se tiene una disminución de la demanda de carga. En este período de tiempo solo funcionan las luminarias de los patios exteriores de la empresa y por ende hay una menor demanda de potencia reactiva y potencia
activa.
32
Curva de potencia reactiva calculada requerida en función del tiempo (6:03 am del 4 de marzo a 6:03 am del 5 de marzo de 2016.
DISEÑO DEL BANCO DE CONDENSADORES TRIFÁSICO
Con los parámetros eléctricos que se adquirieron con el analizador de cargas mostradas, los valores de potencia activa, potencia reactiva y factor de potencia se procederá a realizar el diseño del banco de condensadores para la corrección del factor de potencia en la Empresa AMBEV S.A. Estos parámetros permitirán seleccionar el tipo de banco de condensadores a utilizar, es decir, si se va a utilizar una compensación fija o una compensación variable automática; además se podrá seleccionar el valor de la potencia reactiva en kVAr del banco de condensadores, esta selección dependerá de la curva de carga, de la demanda de potencia reactiva y del factor de potencia de la empresa.
46
CÁLCULO DE LA POTENCIA REACTIVA EN kVAr PARA LA CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA
Este cálculo permitirá obtener el valor de los kVAr necesarios para no tener penalizaciones por un bajo factor de potencia y obtener beneficios técnicoseconómicos. A continuación se muestra el proceso para obtener el valor de la potencia reactiva necesaria que corregirá el factor de potencia.
Con los datos obtenidos por el analizador de carga mostrados, se procederá a calcular los kVAr necesarios en el período de tiempo de análisis (6:03 am del 04 de marzo a 6:03 am del 05 de marzo). Con la ayuda de la ecuación, se obtendrán los kVAr necesarios que requiere la planta para corregir el factor de potencia y no incurrir en penalizaciones.
Los datos a utilizar para obtener la potencia reactiva expresada en VAr (voltamperios reactivos) son: la potencia activa en vatios (P), el CosØ inicial (tomado por el analizador de carga), el ángulo Ø inicial y el ángulo Ø final (CosØ final deseado 0,98 debido que para el cálculo se necesitará el ángulo Ø este es igual a 0,20 expresado en radianes).
En la tabla se muestran valores calculados de potencia reactiva (Qc) necesarios para corregir el factor de potencia los mismos que fueron tomados, del periodo de tiempo de 6:03 am del 04 de marzo a 6:03 am del 05 de marzo del 2016 para asegurar un factor de potencia que se acerque lo más posible a 0,98 logrando así de esta manera no incurrir en penalizaciones.
47
HORA
PTOTAL (W)
CosØTOTAL
04/03/2016 06:03 04/03/2016 07:03
4800 9090
0,79 0,73
0,67 0,75
0,20 0,20
2800,75 6689,49
04/03/2016 08:03
11460
0,79
0,66
0,20
6536,93
04/03/2016 09:03
18360
0,88
0,49
0,20
6131,56
04/03/2016 10:03
12390
0,80
0,64
0,20
6776,60
04/03/2016 11:03
12360
0,81
0,62
0,20
6342,32
04/03/2016 12:03
7260
0,84
0,58
0,20
3234,25
04/03/2016 13:03
12900
0,78
0,67
0,20
7696,10
04/03/2016 14:03
7710
0,80
0,64
0,20
4196,84
04/03/2016 15:03
10980
0,81
0,62
0,20
5662,73
04/03/2016 16:03
11730
0,80
0,65
0,20
6507,30
04/03/2016 17:03 04/03/2016 18:03 04/03/2016 19:03 04/03/2016 20:03 04/03/2016 21:03 04/03/2016 22:03 04/03/2016 23:03 05/03/2016 00:03 05/03/2016 01:03 05/03/2016 02:03 05/03/2016 03:03 05/03/2016 04:03 05/03/2016 05:03 05/03/2016 06:03
11490 10530 10260 11010 10290 5070 5100 4920 4470 3330 3090 3450 3180 6300
0,80 0,81 0,84 0,83 0,84 0,88 0,94 0,94 0,94 0,97 0,98 0,97 0,97 0,89
0,65 0,63 0,57 0,59 0,58 0,49 0,34 0,34 0,34 0,25 0,22 0,26 0,25 0,48
0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20
6374,16 5594,88 4517,12 5134,43 4664,62 1693,19 781,41 720,58 654,68 158,39 62,01 222,81 151,26 1965,74
Ø inicial
Ø final
Qc (VAr) = P(TanØi TanØf)
Valores calculados de Qc que se necesitarán para mejorar el factor de potencia
48
Entonces según la tabla, a las 6:03 am se necesitará una potencia reactiva de 2.8 kVAr que asegurará un factor de potencia de 0,98; a las 9:03 am se necesitará una potencia reactiva de 6 kVAr. Se determina entonces que la potencia reactiva necesaria para compensar el factor de potencia es totalmente variable y por ende se necesitará de un banco de condensadores automático que suministre potencia reactiva según las necesidades de la planta. En la tabla se muestra un resumen (valores calculados de la potencia reactiva necesaria), en el cual se presenta valores medios, máximos y mínimos de todas las 289 mediciones realizadas por el analizador de carga en el período de tiempo análisis del 6:03 am del 04 de marzo al 6:03 am del 05 de marzo del 2016.
.
Valores medios, máximos y mínimos de potencia reactiva calculada
49
de
CALCULO PARA LA IMPLEMENTACION DE UNA VARIACION DE FRECUENCIA I.
Cálculo de rpm a diferentes frecuencias de forma teórica:
DATOS
ABREVIATURAS
Voltios : 220/440
Hz : HERTZ
Hz : 60
P : Potencia
H.P. : 0,4
n : Velocidad nominal en el eje del motor
× 746 = 298.4 watts
RPM : 1660
V : Voltios
Amperios : 1,7 / 0,85
I : Intensidad de corriente
Cos Ø : 0,80
f : Frecuencia
N° polos : 4
CÁLCULO CON FRECUENCIA DE 10 Hz n=
=
= 900 RPM
=
= 1200 RPM
CÁLCULO CON FRECUENCIA DE 50 Hz n=
= 600 RPM
CÁLCULO CON FRECUENCIA DE 40 Hz n=
=
CÁLCULO CON FRECUENCIA DE 30 Hz n=
= 300 RPM
CÁLCULO CON FRECUENCIA DE 20 Hz n=
=
=
= 1500 RPM
CÁLCULO CON FRECUENCIA DE 60 Hz n=
=
= 1800 RPM
50
MEDICION DE RPM A DIFERENTES FRECUENCIAS DE MANERA EXPERIMENTAL
FRECUENCIA Hz
VOLTAJE (VDC)
RPM
INTENSIDAD (A)
10
1.6
295
2.8
20
3.2
587
0.8
30
4.8
885
0.8
40
6.4
1184
0.8
50
8
1485
0.8
60
9.8
1780
0.7
Gráficas comparativas:
51
CALCULOS PARA HALLAR LA POTENCIA ACTIVA Y EL COSTO DE ENERGIA ACTIVA DEL PROYECTO A REALIZAR Sabiendo los datos del motor trifásico de la cinta elevadora son los siguientes: P (Potencia): V (Voltaje): A (Amperaje): f (frecuencia): 2p (Nro. de polos): Cos :
Deseamos conocer la potencia activa un motor trifásico de 15 hp:
Nota: Despejando:
DATOS: Consumo de energía del motor: Cantidad de horas de trabajo del motor: Tarifa consumo de energía eléctrica en horario normal (Edelnor): Días de trabajo mensual: 25 días. Calculo del consumo diario – mensual de energía del motor de 15 Hp:
Consumo diario:
consumo mensual:
52
Pago mensual (SIN IGV):
Pago mensual (INC IGV):
Figura 1: Tarifario de empresa abastecedora de energía
53
CALCULO DE RPM EN UN MOTOR DE DEL PROYECTO A REALIZAR
COSTOS DE INVERSION PARA LA INSTALACION DE UN VARIADOR DE FRECUENCIA EN PROYECTO A REALIZAR
Cotización de instalación de variador de frecuencia Descripción variador de frecuencia de 15 Hp - 220 Vac marca delta Llave termodinámica de 3*40A por riel Din Cable Nro. 12 THW - marca indeco Potenciómetro de 10 kΩ / 1 vuelta
Cantidad
UNIDAD
COSTO EN $
1
unid
2600
1
unid
26
3
metros
3.5
1
unid
15
Costo total
2644.50
54
CAPÍTULO 5. RESULTADOS 5.1.- Selección del tipo del banco de condensadores: La potencia reactiva a compensar es totalmente variable de acuerdo a los cálculos, con los datos de la tabla se procederá a realizar la selección del tipo de compensación ya sea éste fijo o automático con lo que se realizará la corrección del factor de potencia. 5.2.- Análisis técnico: Los datos expuestos en la tabla, son los kVAr necesarios por día de trabajo (24 horas), estos datos están expresados de la siguiente manera: •
Demanda mínima de potencia reactiva 46,51 VAr/día
•
Demanda máxima de potencia reactiva 8848 VAr/día
•
Demanda media de potencia reactiva 4080 VAr/día
Estos son los valores necesarios de potencia reactiva que necesitará la planta para no incurrir en penalizaciones mediante un banco de condensadores. Cuando la demanda de potencia reactiva es mínima tal como se muestra, en el período de tiempo de 23:03 pm del 04 de marzo al 05:48 am del 05 de marzo, se
presenta un factor
de potencia por encima de 0,92 lo cual hace que en este período se obtenga un factor de potencia cercano a la unidad; debido a que no hay cargas que demanden de potencia reactiva. Estos valores se presentan
en todo el período de análisis del 03 de marzo al
06 de marzo, por ende si se alimenta con potencia reactiva máxima o media se tendrá siempre una sobrecompensación; por tal motivo no es necesario ningún tipo de compensación en este período (23:03 pm del 04 de marzo al 05:48 am del 05 de marzo).
Al realizar una compensación con los 8848 VAr de demanda máxima como se muestra en la figura a; en este caso se tendrá una sobrecompensación durante todo el día 55
ya que esta potencia reactiva no es requerida durante todo el período de análisis, por ejemplo: en el período donde se demande de potencia reactiva media se tendría una sobrecompensación y solo en el período donde se tenga una demanda de potencia reactiva máxima se la estará compensando. Si se aplica una compensación fija con 4080 VAR ésta se adaptará a la demanda de potencia reactiva media que hay en la empresa, pero con la desventaja de que en Ciertas horas el sistema eléctrico de la planta se encontraría sobre compensada y su compensada como se muestra en la figura b.
Figura a y b Compensación fija
Debido a que se compensará una instalación en la que la potencia reactiva a compensar
tiene
muchas
fluctuaciones,
se
analizará
la
utilización
de
una
compensación que se adapte en cada momento a las necesidades de potencia reactiva de la instalación, es decir, a la demanda de kVAr.
Para conseguir esto se analizará la utilización de un banco de condensadores automáticos. “…..Un banco de condensadores automático esta formadas básicamente por: Controlador de factor de potencia, Condensadores, ores. El controlador detectará las 56
variaciones en el factor de potencia, y en función de estas fluctuaciones actuará sobre los ores permitiendo la entrada o salida de los condensadores necesario” En la figura se pudo observar que la curva de demanda de potencia reactiva calculada con los datos, es totalmente variable, utilizando el concepto de compensación automática y aplicando en el diseño del banco de condensadores automático,
se
pretenderá
entregar a cada momento del día la potencia reactiva necesaria que requiere el sistema eléctrico de la empresa, evitando de este modo una sobrecompensación o una sub compensación. De esta forma se necesitará una potencia reactiva de 8848 kVAr o una de valor al inmediato superior en este caso de
9 kVAr, el mismo que permitirá asegurar un factor de potencia
de 0,98 cuando se tenga una carga máxima; la cual se lo realizará mediante tres condensadores
en paralelo de 3kVAr. Se utilizará para el diseño un banco de
condensadores de 3 pasos (1:1:1), es decir, se tendrá un banco de condensadores automático de tres pasos de 3 kVAr cada uno, ya que al conectar cada
paso
se
completará los 9 kVAr requeridos. Se seleccionarán condensadores trifásicos de este valor, puesto que en el mercado no existen de menor capacidad, por ende a mayor número de pasos el ajuste es más fino; dado que cada paso del condensador es más pequeño permitiendo lograr un valor lo más cercano a 0,98 entonces cada vez que el controlador de factor de potencia detecte un bajo factor de potencia
mandará
una
señal
a
los
ores; permitiendo suministrar potencia reactiva de acuerdo a las necesidades de la planta como se muestra en la figura. En el caso de que el controlador de factor de potencia detecte un factor de potencia normal es decir mayor a 0,92 no accionará ningún or lo cual asegurará que no se produzca una sobrecompensación al momento que se tiene una demanda de carga mínima en el cual se requiere de una mínima potencia reactiva.
57
Figura Compensación automática de tres pasos (1:1:1)
Cuando se presente una demanda mínima de carga se requerirá de un valor de potencia reactiva mínima debido a que el factor de potencia es cercano a la unidad por consiguiente el controlador de factor de potencia necesitará del ajuste del parámetro C/K (sensibilidad) el cual presenta un valor de 0.1 a 1. Por ejemplo: si se fija un valor de C/K de 0,66 el condensador de 3 kVAr actuará únicamente cuando los requerimientos de potencia reactiva excedan los 2 kVAr (0,66*3000 ≈ 2); esto asegurará que cuando se presente una demanda de carga mínima no se produzca una sobrecompensación. Además el controlador de factor de potencia al detectar un factor de potencia mayor al fijado dejará automáticamente de entregar potencia reactiva al sistema eléctrico de la planta. El ajuste del parámetro C/K permitirá el accionamiento de los pasos siguientes, una vez accionado el primer paso y si el controlador de factor de potencia detecta un CosØ medio, accionará el siguiente paso y se tendrá una potencia reactiva de 6 kVAr. De igual manera cuando el controlador de factor de potencia detecte un valor de CosØ mínimo accionará el siguiente paso suministrando los 9 kVAr. Finalmente se logrará que en cualquier momento del día se tenga un factor de potencia lo más cercano a 0,9
58
CIR
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9
DESCRIPCION Tablero general Cerco perimétrico Sistema de preparación Bomba de agua Bomba de agua Cámaras de secado
PUNTOS W/POTENCIA
POTIENCIA (W)
MAX DEM (W)
FD
Vn (v)
FAS
220 220
3 3
In (AMP)
In X 1.25 (AMP)
INT (AMP)
3.09477273 5.02727273 5.02727273 65.6818182
3.868465909 6.284090909 6.284090909 82.10227273
3 X 16 A 3 X 16 A 3 X16 A 3 X132 A
1
5000
140148 5000
1 1 1 5
890 2000 2000 4000
890 2000 2000 20000
0.9 0.7 0.7 0.85
801 1400 1400 17000
220 220 220 220
3 3 3 3
Caldero Zona de acondicionado
1
16000
16000
0.9
14400
220
3
1
7500
7500
0.7
5250
220
3
0.85 20.2840909 25.35511364 3 X 50 A
Secador de mano Iluminación pasadizo
1
800
800
0.6
480
220
3
0.85 1.85454545 2.318181818 3 X 16 A
7
40
280
0.8
224
220
3
0.9 0.91636364 1.145454545 3 X 16 A
1
3850
3850
0.7
2695
220
3
0.79
12.096875 3 X 16 A
3 X 6 mm2 3 X 2.5 mm 2 3 X 2.5 mm 2 3 X 2.5 mm 2
1
2300
2300
0.85
1955
220
3
0.85 7.55340909 9.441761364 3 X 16 A
3X 2.5 mm2
1 1 1 1 1 1 1
1000 15000 15000 1500 1800 15000 6870
1000 15000 15000 1500 1800 15000 6870
0.7 0.7 0.85 0.7 0.9 0.9 0.7
700 10500 12750 1050 1620 13500 4809
220 220 220 220 220 220 220
3 3 3 3 3 3 3
0.82 0.88 0.88 0.86 0.82 0.85 0.87
3X 2.5 mm2 3 X 16 mm2 4 X 16 mm2 3X 2.5 mm2 3X 2.5 mm2 3 X 16 mm2 3 X 6 mm2
C10 Pastorales Sistema de C11 aireación Sistema de C12 preparación C13 Cockie caper C14 Túnel C15 Línea depositado C16 Sistema de cocción C17 Compresor C18 Sistema de pesaje
1
118892 5000
SECCION mm2 3 X 500 0.9 486.376364 607.9704545 3 X 700 A mm2 0.9 20.4545455 25.56818182 3 X 50 A 3 X 6 mm2
F.P
59
0.85 0.79 0.79 0.85
3X 2.5 mm2 3X 2.5 mm2 3X 2.5 mm2 3 X 25 mm2 3 X 25 mm 0.9 58.9090909 73.63636364 3 X132 A 2
9.6775
2.60909091 42 51 4.10454545 6.03818182 52.1590909 19.0174091
3.261363636 52.5 63.75 5.130681818 7.547727273 65.19886364 23.77176136
3 X 16 A 3 X 99 A 3 X 99 A 3 X 16 A 3 X 16 A 3 X 99 A 3 X 50 A
CONCLUSIONES
Finalizado el proyecto se ha llegado a las siguientes conclusiones:
a) Elección del tipo de banco a utilizar: Aunque los dos sistemas de compensación fija y automática son válidos; para la compensación de la energía reactiva, de acuerdo al análisis técnico se procedió a seleccionar un banco de condensadores automático trifásico debido a que es el que más conviene para las características
del sistema eléctrico de AMBEV, además
porque es el que se ajusta a la demanda de potencia reactiva variable que existe en la empresa. El banco de condensadores automático es una opción ideal, dado que, al tener un controlador de factor de potencia estará conectando y desconectando,
mediante los
ores, a los condensadores trifásicos conforme sea necesario y se mantendrá un valor de factor de potencia lo más cercano al prefijado, para el caso de la empresa AMBEV de 0,98.
b) Utilización de un variador de velocidad:
Utilizando el variador de velocidad tendremos un mejor control de nuestros procesos.
También podremos reducir el consumo de energía ya que vamos evitar los picos de corriente.
Hemos podido observar que utilizando un variador de velocidad podremos adaptarnos a nuestras necesidades de acuerdo a la producción.
Con los cálculos realizados podemos optimizar nuestros costos en nuestro proceso.
60
RECOMENDACIONES
a) Dispositivos de protección:
Un banco de condensadores es un equipo eléctrico muy vulnerable, tanto a fallas como
a
condiciones
anormales
de
operación.
En
cualquier
instalación
de
condensadores de potencia es necesario planear una protección adecuada. Estos dispositivos están destinados a mantener la continuidad del servicio, evitando los posibles daños al personal y al equipo. Para el banco de condensadores automático se necesitará de un interruptor principal y de protecciones individuales para cada paso, es decir, para cada condensador.
b) Principales objetivos de una protección para un banco de condensadores: Evitar que la avería de un condensador origine interrupciones en el suministro de energía Proteger las unidades sanas del banco, equipos próximos y al personal en el caso de una falla. Evitar que las unidades restantes en el banco puedan funcionar con una tensión excesiva.”
c) Se recomienda implementar un sistema de puesta a tierra de electrodos de varilla simple, ya que la tierra en donde se encuentra la planta tiene mayor humedad y por ende mayor conductividad; el pozo construido tendrá 2 mts. de profundidad, 1 varilla de 2 mts. y el área de 2 x 2 mt2.
61
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
62
63
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