Instalación de Tableros Para Compensar La

TECSUP PFR Montaje e Instalacin Elctrica I

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Unidad XVI

""IINNSSTTAALLAACCIINN DDEE TTAABBLLEERROOSS PPAARRAA CCOOMMPPEENNSSAARR LLAA EENNEERRGGAA RREEAACCTTIIVVAA""

1. OBJETIVOS

Desarrollar e implementar proyectos de sistemas elctricos. Gestionar recursos materiales. Trabajar en equipo con criterio de calidad y seguridad.

2. FUNDAMENTO TERICO

2.1 IMPORTANCIA DE LOS TABLEROS PARA COMPENSAR LA ENERGA REACTIVA El desarrollo del sector energa es de vital importancia para cualquier pas, pues est ntimamente asociado a su capacidad de crecimiento, por lo tanto, la demanda de energa es una respuesta al desarrollo econmico que experimenta un pas, refleja el deseo de progresar, crecer, avanzar y en esta tarea se consume mayor energa.

Figura 16.1 Tablero para compensar la energa reactiva.

Montaje e Instalacin Elctrica I TECSUP PFR

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Las empresas crecen y su demanda de energa tambin. La mayora de los consumidores elctricos industriales no slo piden potencia activa sino, tambin potencia reactiva, que por ejemplo, en el caso de los motores y transformadores se requiere para la potencia de magnetizacin. El transporte de potencia reactiva es antieconmico puesto que no puede ser transportada en energa utilizable; entonces podemos ahorrar el pago de esta potencia si utilizamos un banco de condensadores, cuya inversin es recuperada en corto tiempo, con lo que ahorraramos dinero y energa que actualmente podemos estar gastando intilmente.

Figura 16.2 Consumo de la energa.

2.2 CLCULO DEL FACTOR DE POTENCIA DE UNA INSTALACIN

Para el clculo del factor de potencia de una planta o instalacin se puede seguir los siguientes mtodos: Mtodo general. Mtodo simplificado. A parir de mediciones. A partir del recibo tarifario. Claro est que la medicin directa es la ms cercana a la realidad o al valor real de este factor, teniendo este valor inicial de cos1 podremos, a travs de la frmula: Qc = P x (tg1 - tg2)


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Determinar el valor de la potencia reactiva Qc de muestro banco de condensadores, para llegar a corregir nuestro factor de potencia a cos 2 (Fig. 3), este anlisis tambin se realiza observando las curvas de consumo de potencia reactiva proporcionada por el analizador de redes.

Figura 16.3 Tringulo de potencias corregido.

Donde: Q : Potencia reactiva proporcionada por el banco de condensadores en KVAR. P : Potencia activa de la carga a compensador en KW. Tg : Valor de la tangente del ngulo que corresponde al factor de potencia del circuito (original y deseado). S : Potencia aparente original en KVA. Sr : Potencia aparente como resultado de la correccin del factor de potencia. Q : Potencia reactiva original. Q' : Potencia reactiva proporcionada por la fuente de suministro, luego de la corrosin del factor de potencia. 2.2.1 MTODO GENERAL

A partir de los datos suministrados por los fabricantes de los diferentes receptores, tales como:

Potencia activa, ndice de carga, cos ,

QC

Q'

P

S

S'

1 2


250

Y conociendo el factor de simultaneidad de cada uno en la instalacin, se pueden determinar los niveles de potencia activa y reactiva consumida por el total de la instalacin.

2.2.2 MTODO SIMPLIFICADO

Conociendo los siguientes datos se pueden calcular de una manera simplificada las necesidades de compensacin de una instalacin: cos medio inicial, cos objetivo, Potencia activa media de la instalacin.

Estos datos se pueden obtener:

Por clculo: como se ha citado en el mtodo general, A travs de una estimacin segn las potencias instaladas.

Con estos datos se puede proceder al clculo por tabla.

Ejemplo: Clcular potencia reactiva necesaria para compensar la instalacin siguiente: P = 500 kW, Cos inicial = 0,75, Cos deseado 0,98. Consultando la tabla de eleccin se obtiene un factor = 0,679.

Multiplicando este factor por la potencia activa de la instalacin (500 kW) se obtiene la potencia reactiva a instalar:

Q = 500 x 0,679 = 340 kVAr.


251

2.2.3 A PARTIR DE MEDICIONES

Efectuar distintas mediciones aguas abajo del disyuntor general de proteccin con la instalacin en las condiciones de carga habituales. Los datos a medir deben ser los siguientes: Potencia activa (kW), Potencia inductiva (kVAr), cos . A partir de estos datos elegir el cos medio de la instalacin y verificar dicho valor con el caso ms desfavorable.

2.2.4 A PARTIR DEL RECIBO TARIFARIO El clculo de potencia a travs del recibo es un mtodo aproximado pero muy prctico para el clculo de equipos de compensacin de reactiva. Generalmente proporciona resultados aceptables, pero en el caso de que existan regmenes de funcionamiento muy dispares o que no se conozcan las horas de funcionamiento, los resultados pueden ser insatisfactorios. A continuacin se explicar el mtodo de clculo por recibo.

Datos obtenidos del recibo

Primero se calcula el total de Energa Activa (kWh) consumida en el perodo:

EA = 24.640 + 10.900 = 35.540 kWh,

Despus se calcula el cos medio del perodo:


252

Cos = kWh / (kWh2 + kVArh2) = 35.540 / (35.5402 + 39.4002) = 0,66.

Informacin a suministrar por la propiedad Se debe conocer el nmero de horas efectivas de funcionamiento de la instalacin. Por ejemplo si se indica que la instalacin funciona: 12 horas/da de lunes a viernes, De las que 8 h estn a plena carga y 4 h al 25 %. El nmero efectivo de horas de funcionamiento/da ser: 8 h + 4 h x 25 % = 9 horas/da. Para el clculo del nmero de horas efectivas/mes se tomarn 22 das laborables por lo que el clculo ser: 22 das x 9 horas/da = 198 horas/mes. A continuacin se calcularn las horas efectivas de funcionamiento durante el perodo del recibo. Como en este caso es 1 mes, el total de horas del perodo ser de: 198 horas/mes x 1 mes = 198 horas/perodo.

Clculo de la potencia activa media

Conocida la Energa Activa (kWh) consumida en el perodo y el nmero de horas efectivas del perodo se puede calcular la Potencia Activa media (kW) de la instalacin: P = kWh / h = 35.540 kWh / 198 = 179 kW.

Clculo de la potencia de la batera de condensadores

Conociendo el cos inicial y el cos objetivo se puede calcular la potencia de la batera a instalar, bien por tabla, bien por clculo. Suponiendo un cos objetivo de 0,98: Q = P x (tg inicial tg objetivo ) = 179 3 (1,138 0,203) = 167 kVAr.


253

Se elegir una batera de potencia superior, por ejemplo 170 kVAr.

Los valores de las tg se pueden obtener en la tabla.

2.3 NIVELES DE INSTALACIN DE CONDENSADORES El condensador podr conectarse en diferentes puntos de la instalacin, dependiendo de esta ubicacin se obtendr beneficios en mayor o menor grado. Segn el puerto de conexin, esta compensacin puede clasificarse en: Compensacin individual. Compensacin por grupo. Compensacin global.

2.3.1 COMPENSACIN GLOBAL Se denomina global ya que el banco de condensadores se instala agrupando su efecto sobre el total de las cargas alimentadas por la barra principal, como se pueden apreciar en la Fig. 4.

Figura 16.4 Compensacin global.

Ventajas:

Suprima los recargos por consumo de energa reactiva. Aumenta la potencia disponible de la fuente de

alimentacin. Es de fcil mantenimiento.


254

Sencillo de instalar y econmico pues se trata de un solo equipo.

Desventajas:

No se disminuyen las prdidas de disipacin en los

conductores.

2.3.2 COMPENSACIN GRUPAL Se denomina as porque los condensadores se instalan en barras que alimentan cargas agrupadas, por ejemplo plantas que tienen sus tableros de control de motores (Centro de Control de Motores: CCM), separados entre s como se muestra en la Fig. 5.

Figura 16.5 Compensacin grupal.

Ventajas:

Suprime los recargos por consumo de energa reactiva. Aumenta la potencia disponible de la fuente de

alimentacin. Reduce la corriente (o potencia) transportada por los

cables alimentadores principales y por lo tanto, reduce las prdidas de los mismos.

Desventajas:

La potencia reactiva circula "aguas abajo" de la posicin

de los condensadores (fig. 5). Se debe instalar un banco de condensadores por cada

tablero. Generalmente, si las cargas tienen un comportamiento

irregular se instala un equipo regulador automtico.


255

2.3.3 COMPENSACIN INDIVIDUAL O LOCAL

En este caso se conectan los condensadores en paralelo con cada carga. La Fig. 6 muestra la posicin de cada condensador.

Figura 16.6 Compensacin local.

Ventajas:

Suprime las recargas por un exceso en el consumo de

energa. Se optimiza la instalacin pues la potencia reactiva no

circula por la misma, al ser abastecida en el mismo lugar de instalacin de la carga.

Mejora los niveles de tensin. Reduccin de las prdidas en los alimentadores

principales y subalimentadores. Alivio de los aparatos de maniobra y proteccin

(interruptores, contactores, rels trmicos, etc.) pues trabajan con una menor corriente que antes de ser compensado el sistema.

Desventajas:

Aumenta el costo de la instalacin al necesitarse un banco

fijo por cada carga.

Como hemos visto, cada modo de instalacin tiene sus beneficios y limitaciones; la eleccin de uno no impide la utilizacin de los otros modos dentro de una misma instalacin, puede por ejemplo realizar una compensacin global en la planta e individual en cargas importantes como motores de gran potencia. Todo depende del tipo de instalacin y de las exigencias.


256

2.4 ELECCIN DE UN BANCO DE CONDENSADORES Una vez decidida la instalacin de un banco de condensadores se debe proceder a la eleccin y el clculo de la misma y se deben tomar en cuenta los siguientes criterios:

Objetivos de la compensacin, es decir, si solamente es para eliminar

el recargo, optimizar la instalacin o ambos y con ellos decidir el modo de compensacin.

Tipo de compensacin: Fija. Automtica.

Factor econmico. Caractersticas de la instalacin. Variacin del factor de potencia de la instalacin durante el

funcionamiento de la misma.

2.4.1 COMPENSACIN FIJA

Consta de un banco de condensadores cuya potencia reactiva permanece constante (Fig. 7) y cuyo funcionamiento puede ser manual (mando por interruptor), semiautomtico (mando por contactores) o directo (conectado directamente a los bornes de la carga). Se los puede utilizar en compensacin grupal, en los que no haya grandes variaciones de potencia reactiva.

Figura 16.7 Compensacin fija.


257

2.4.2 COMPENSACIN AUTOMTICA Consta de un conjunto de bateras de condensadores de potencia unitaria y suministra la potencia reactiva segn vara el factor de potencia (Fig. 8). El mando de conexin y desconexin est dado por un regulador automtico (rel de control varimtrico), el cual mide la potencia reactiva de la instalacin. El comando de los condensadores se efecta a travs de contactores protegidos por "bobinas de choque" o diseados para la conmutacin de condensadores (generalmente llamados pasos o escalones), estos escalones son de la misma potencia. Para bancos correctores del factor de potencia se recomienda instalar una bobina de ligazn (bobina de choque) entre el juego de barras y cada condensador para limitar las sobreintensidades de conexin. Dicha bobina se puede obtener haciendo espiras con ayuda de los mismos cables.

Figura 16.8 Banco de condensadores automtico.


258

Figura 16.9 Conexin del controlador.


259

3. PRCTICA 16: DISEO E IMPLEMENTACIN DE UN TABLERO AUTOMTICO PARA LA COMPENSACIN DE ENERGA REACTIVA

3.1 EQUIPOS Y MATERIALES Condensadores. Contactores. Fusibles. Portafusibles. Interruptores automticos. Controlador de factor de potencia. Barras. Cables. Aisladores. Canaletas. Pernos con arandela y tuerca. Placa base.

3.2 OPERACIONES

Planificar el avance del proyecto. Obtener datos de los recibos tarifarios. Preparar una hoja EXCEL para obtener la potencia total del banco de

condensadores. Establecer el nmero de pasos y las potencias de los condensadores

del banco. Dibujar el esquema de fuerza y conexionado del controlador. Realizar los clculos justificativos para seleccionar los equipos y

materiales. Hacer la lista de los equipos y materiales. Valorizar el costo del tablero. Realizar el montaje de los componentes. Realizar el cableado. Realizar la conexin y programar el controlador. Probar el funcionamiento.

3.3 EJECUCIN

Tiempo de ejecucin: 5 horas


260

RECORD DE CONSUMO

MES AO

EA (KWH)

ER (KVARH)

Jun-06 83300 47100

Jul-06 81400 44100

Ago-06 77500 42500

Sep-06 86400 48800

Oct-06 83700 49200

Nov-06 85700 47200

Dic-06 79100 44800

Ene-07 66700 39900

Feb-07 79000 43200

Mar-07 85300 45300

Abr-07 88600 51200

May-07 84400 50600

3.4 DATOS ADICIONALES

Cantidad de horas de trabajo en el periodo de medicin:

Horas trabajadas durante el da: _________________________________ Das trabajados durante la semana: ______________________________ Semanas trabajadas durante el mes: _____________________________

T = ________________________________________________________

Factor de potencia final:

Cos2 = ____________________________________________________


261

DEP

ART

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IEN

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IPO

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TABL

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O2

22

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NTA

JE E

INST

ALAC

IN

EL

CTR

ICA

I


263

CLCULOS JUSTIFICATIVOS

COSTO DE EQUIPOS Y MATERIALES

N Cant DescripcinPrecio

UnitarioUS $

Precio TotalUS $

TOTAL


264

3.5 RUBRICA

TECSUP

HOJA DE EVALUACIN MONTAJE E INSTALACIN ELCTRICA II

Criterio de desempeo

a1: Desarrolla e implementa proyectos de sistemas elctricos.

Ciclo: III

Proyecto N: 16 Tema: Diseo e implementacin de un tablero automtico para corregir el factor de potencia.

Fecha:

Puesto de trabajo

Alumnos: Seccin:

CRITERIOS DE EVALUACIN Excelente Bueno Requiere mejora No

aceptable

Planifica el avance del proyecto. 1,0 1,0 0,5 0,0 0,0

Interpreta lo datos de los recibos tarifarios y elabora la hoja EXCEL para calcular la potencia reactiva total del banco.

2,0 2,0 1.5 1,0 0,0

Determina el nmero de pasos y elabora los esquemas. 3,0 3,0 2.0 1,5 0,0

Realiza clculos para seleccionar los equipos y materiales. 1,0 1,0 0,5 0,0 0,0

Especifica los materiales necesarios para implementar el tablero de automatizacin. 2,0 2,0 1.5 1.0 0,0

Valoriza el costo de la implementacin del tablero. 1,0 1,0 0,5 0,0 0,0

Implementa el tablero de automatizacin con criterio de calidad y seguridad: preparacin de la placa base, montaje de componentes, cableado del circuito y programacin del controlador.

4,0 4,0 3,0 2,0 0,0

Realiza pruebas y pone en operacin el tablero con seguridad y explicando su funcionamiento.

2,0 2,0 1,5 1,0 0,0

Nota parcial 1 16

CRITERIOS DE EVALUACIN Excelente Bueno Requiere mejora No

aceptable

Conocimiento terico: esquema, clculo y especificacin de componentes. 2 2,0 1,5 1,0 0,0

Implementacin del sistema en el tiempo estimado. 2 2,0 1,5 1,0 0,0

Nota parcial 2 4

NOTA FINAL 20

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