INSTITUTO TECNOLÓGICO DE NUEVO LAREDO-Reporte final

Detección y corrección del bajo factor de potencia generado en instalaciones de baja tensión

1

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE NUEVO

LAREDO

Departamento de Ing. Eléctrica

Ingeniería Eléctrica

“Taller de Investigación – I”

Titulo: Detección y corrección del bajo factor de potencia generado en las instalaciones

eléctricas de baja tensión.

Alumnos:

Job Fernando Alfaro Castro (10100085), Ramiro Téllez Andrade (10100103), David

Jonathan Cruz Aguilar (10100138)

Profesor: Ing. Juan G. Sigrist Pérez.

Nuevo Laredo, Tamaulipas a 23 de Noviembre del 2012


2

CONTENIDO

Número

de

página

I- Portada 1

1-Prólogo 8

2-Introducción 9

3-Título del tema 10

4-Enunciado del problema y su formulación 11

4.1- Enunciado del problema 11

4.2- Formulación del problema 11

5-Objetivos 12

5.1- Objetivo general 12

5.2- Objetivos específicos 12

6-Justificación 13

6.1- Justificación teórica 13

6.2- Justificación práctica 13

6.3- Justificación metodológica 14

7-Alcances o delimitaciones 12

7.1- Tiempo 15

7.2- Espacio o territorio 15

7.3- Recursos 15

8-Marco de referencia 16

8.1- Antecedentes 16


3

8.2-Estado del arte 18

8.3-Marco conceptual 19

8.4-Marco teórico 21

8.5-Marco legal 25

8.6-Marco ambiental 28

9-Hipótesis 30

10-Diseño experimental 31

10.1-Formulas para cálculo 31

10.2-Mediciones indirectas 32

10.2.1-Osciloscopio 32

10.2.2-Método de los tres voltímetros 33

10.2.3-Método de los tres amperímetros 34

10.2.4-Método del Watimetro, Voltímetro y Amperímetro 35

10.2.5-Método de los Watimetros 35

10.3-Mediciones directas 36

10.3.1-Cofímetro monofásico 36

10.3.2-Cofímetro trifásico 38

10.3.3-Power Quality Analizer (Analizador de potencia) 39

11-Desarrollo de la investigación (obtención de datos) 44

12-Conclusiones y resultados finales 66

13-Apéndices y anexos 70

13.1-Apéndice 1-Bibliografía 70


4

13.2-Apéndice 2-Cronograma 72

13.3-Apéndice 3-Presupuesto 73

13.4-Apéndice 4-Manual de operación del Amprobe 74


5

Índice de tablas y figuras

Figuras

CONTENIDO

Número

de

página

Figura 7.1-Triángulo de potencias 22

Figura 7.2-Vista interna del capacitor 23

Figura 10.1-Ondas senoidales con desfasamiento… 32

Figura 10.3-Conexión de voltímetros para medir el FP 33

Figura 10.4-Conexión de amperímetros para medir el FP 34

Figura 10.5-Conexión de Wattimetro, votímetro y amperímetro 35

Figura 10.6-Conexión de dos Wattimetros para medir el FP 35

Figura 10.7-Cofímetro monofásico 36

Figura 10.8-Funcionamiento del cofímetro monofásico 37

Figura 10.10-Funcionamiento cofímetro trifásico 38

Figura 10.11-Power quality analyzer (analizador de la potencia) 39

Figura 10.12-Power harmonics analyzer (analizador de armónicos) 39

Figura 10.13-DM-II Pro, Amprobe 39

Figura 11.1-Motor trifásico conectado en delta (motor 1) 44

Figura 11.2-DM-II-AMPROBE 45

Figura 11.3-Motor 1 conectado al equipo de medición con pinzas

de corriente 46

Figura 11.4-Motor 1 y 2, banco de capacitores y AMPROBE 46


6

Figura 11.5-Conexión para medición del factor de potencia con un

motor trifásico 47

Figura 11.6-Motor trifásico conectado (número 2) 50

Figura 11.7-Conexión de las bobinas de un motor (1) 51

Figura 11.8-Conexión de las bobinas de un motor (2) 51

Figura 11.9-Capacitores conectados en delta 57

Figura 11.10-Conexión para medición del factor de potencia con

un motor trifásico con capacitores conectados en delta entre sí y en

paralelo con la carga

58

Figura 11.11-Conexión de los capacitores en delta 61

Figura 11.12-Conexión de los capacitores en delta y en paralelo

con la carga (motor) 61

Figura 11.13-Recibo de energía eléctrica con cargo de FP 64


7

Tablas

CONTENIDO

Número

de

página

Tabla 10.1-Datos necesarios para el análisis 42

Tabla 11.1-Datos obtenidos, primer medición 43

Tabla 11.2-Datos obtenidos, segunda medición 53

Tabla 11.3-Datos obtenidos después de la corrección del FP 59

Tabla 11.4-Datos obtenidos después de la corrección del FP (2) 62

Tabla 13.1-Transformadores (capacidad) 68

Tabla 13.2-Diametros de los conductores para instalaciones 69


8

1-PRÓLOGO

Éste documento contiene la investigación realizada a lo largo del semestre

que comprende los meses de agosto a diciembre del 2012, aproximadamente.

Se presenta un reporte final de todo lo que conlleva un proyecto de

investigación a nivel superior: desarrollo de la investigación (mediciones, trabajo

de campo, entre otras cosas), análisis de la información, etc.

El documento se revisó con rigurosa dedicación de acuerdo a las normas

establecidas en la norma “ITNL-DIEE-AIEE-E01-2000” (para el desarrollo de la

memoria de un proyecto) y así posteriormente ser revisado por el profesor de la

materia Taller de Investigación I.

La intención de éste reporte es que futuras generaciones tengan una base

para la elaboración de un proyecto de investigación y a la vez para el tema

desarrollado en el mismo, que sirva de apoyo para análisis y mejoramiento de

información útil para el provecho del lector.

Concluyendo este apartado se recomienda mucha precaución al leer el

contenido del proyecto, ya que cada cosa es cadena de otra y el perder la secuencia

causaría un difícil entendimiento.


9

2-INTRODUCCION

El factor de potencia es un tema que tiene mucha relevancia para las

compañías suministradoras, porque si en una industria, empresa o comercio

trabajan con una cierta cantidad de energía eléctrica y en lugar de entregarle la que

necesitan debido a las cargas inductivas, estas tendrán que dar más energía de la

que necesitan provocando mas usos de combustibles fósiles y energía renovables

que no llegasen a utilizarse por este desperdicio.

Se dará a conocer técnicas e instrumentos que nos ayudaran a detectar este

problema algunos métodos para cuando no se cuenta con los instrumentos

especiales. También daremos una breve explicación a los instrumentos de cómo

trabajan y la forma de cómo conectarlos. Además para llegar a los resultadas se

hará la corrección de este problema al llevar a cabo la experimentación de campo.

Para llevar a cabo la corrección normalmente se utiliza un dispositivo

llamado capacitor, que ayudara a que la energía se utilice de manera eficiente, se

explicará también la forma de cómo deben de conectarse en la fuente de la

alimentación para que pueda corregir el bajo factor de potencia.


10

3-TITULO DEL TEMA

Detección y corrección del bajo factor de potencia generado en las instalaciones

eléctricas de baja tensión.


11

4-EL ENUNCIADO DEL PROBLEMA Y SU FORMULACIÓN

4.1-Enunciado del problema

Hoy en día la preocupación por el ahorro de la energía y su máximo uso ha

sido tan importante que hay leyes y reglamentos que nos obligan a no hacer mal

uso de la energía eléctrica. Toda esta idea aterriza mucho, principalmente a las

industrias, a que toda la energía consumida sea la misma utilizada de manera

eficiente y productiva.

Para aprovechar la energía es necesario detectar primero como ésta se

desperdicia, de manera que para evitarlo se recurran a técnicas específicas y así no

afecten al rendimiento de su uso.

Como ingeniero eléctrico el rendimiento de la energía es lo primordial, el

mayor problema que se presenta a nivel industria es que, se tienen elementos que

pueden tener una gran cantidad de pérdidas, debido al calentamiento que se

presenta en ellos.

“En algunas aplicaciones industriales se requiere mucha cantidad de energía

y por ende también existen muchas pérdidas y todo esto contribuye al concepto que

llamamos factor de potencia”.

Si no se llegara a solucionar este problema se vería manifestado como

grandes problemas a las compañías suministradoras y las consumidoras, tales

como: mayor consumo de corriente por parte del usuario, las instalaciones solo

trabajaran a una fracción de su capacidad, ocasionara pérdidas eléctricas y caídas

de tensión en los alimentadores, se necesitará invertir en instalaciones adicionales

para satisfacer los aumentos de carga.

4.2-Formulación del problema

-¿Cuál sería una forma para la detección de este desperdicio de la energía?

-¿Se podrá corregir este problema del desperdicio de la energía utilizando

elementos cuyo costo se recuperará a largo plazo?

-¿Cuáles serian los beneficios si se logra corregir o mejor aún evitar éste

fenómeno?


12

5-OBJETIVOS

5.1-General

Conocer de qué manera se detecta y corrige del bajo factor de potencia en una

instalación de baja tensión y ver que beneficios trae dicho trabajo.

5.2-Específicos

1. Conocer como calcular el factor de potencia en baja tensión.

2. Conocer instrumentos que detectan el factor de potencia en las instalaciones de

baja tensión.

3. Determinar de qué manera los dispositivos conectados a la instalación afectan al

factor de potencia.

4. Determinar qué elementos ayuden a mejorar el uso de la energía.

5. Observar las distorsiones que se presenten en el sistema donde se alimenta la

energía.


13

6-JUSTIFICACIÓN

6.1-Teórica

Según las referencias leídas, el factor de potencia se presenta como pérdidas y se

presentan de diversas maneras, por ejemplo:

-Calentamiento del aceite de un transformador

-Calentamiento en los embobinados de un transformador

-Calentamiento en los motores

-Variación en la frecuencia de trabajo

Y todo lo mencionado anterior nos representa grandes pérdidas de energía en

cantidades colosales, ya que en una línea de producción hay un gran consumo de

energía que si no se utiliza de manera correcta, provoca lo mencionado.

6.2-Práctica

Las ventajas o la importancia de la corrección del factor de potencia se pueden

mencionar varias como:

-Eliminar el cargo del bajo factor de potencia que la compañía suministradora

multa a la empresa que presente este problema

-Las instalaciones eléctricas se pueden trabajar más eficientemente

-Se puede prolongar la vida útil de los equipos eléctricos (motores,

transformadores, etc.)

-Se presenta menores pérdidas de energía en el sistema eléctrico

-Se reducen caídas de tensión

Otra mejora seria en la optimización de las líneas eléctricas que se emplearan, los

conductores serian un poco mas delgados, supongamos el ejemplo anterior de los

170Kw circula una corriente por el conductor de 350 A con un factor de potencia

de 0.7, con la corrección a un FP de 0.9 el conductor circulara 270 A.


14

6.3-Metodológica

El procedimiento a llevar a cabo para detectar el bajo factor de potencia es el

siguiente:

1- Identificar en la instalación de baja tensión si existe un bajo factor de potencia,

esto se observa en el recibo de cobro de la energía eléctrica.

2-Una vez detectado el problema se lleva a cabo un proceso de medición por

aproximadamente una semana normal de trabajo (considerando que los equipos de

trabajo están conectados).

3-Obteniendo los datos se procede a obtener un promedio de los datos necesarios

para calcular la dimensión del problema.

4-Después de saber lo anterior, se procede a calcular cuanta energía es necesaria

para compensar el desperdicio que se presenta en la instalación.

5-Se consiguen los elementos capaces de evitar el desperdicio de energía y se

agregan al sistema de la manera que mas adelante se presentara en el apartado de

“diseño experimental”.

6-Para finalizar, después de llevar a cabo el paso anterior se vuelven a hacer las

mediciones esperando resultados favorables, osea esperar que el bajo factor de

potencia se haya elevado a valores necesarios que evitan el desperdicio de energía.


15

7-LIMITACIONES

7.1-Tiempo

La investigación se llevó a cabo en 10 semanas, aproximadamente, que forman

parte del semestre en curso: agosto-diciembre 2012. También se presenta la

semana de ingeniería eléctrica en el Instituto Tecnológico de Nuevo Laredo, pero

consideramos que se trabajara en ese tiempo también.

7.2-Espacio o territorio

Al considerar instalaciones de baja tensión, el estudio se limita a analizar tensiones

nominales (corriente alterna) iguales o inferiores a 1000 voltios, todo esto basado

en la información vigente de: las normas de instalaciones en baja tensión de CFE,

la NOM-001-SEDE-2005 y el NEC-1999.

7.3-Recursos

En base a estudios realizados anteriormente el costo del análisis asciende hasta los

$200,000 sin incluir la corrección del factor de potencia.

A continuación presentó lo que incluye ésta cotización:

-Monitoreo en baja tensión con instrumentos de análisis de potencia.

-Programación del equipo para monitoreo.

-Análisis de ingenieros expertos en el tema.

-Determinar la solución al problema.

-Cotización posterior al análisis.

Se hicieron mediciones en subestaciones del Instituto Tecnológico de Nuevo

Laredo pero debido a que el material está fuera de alcance se tomará como análisis

solamente, solo en instalaciones mas pequeñas se hará la corrección del factor de

potencia.


16

8-MARCO DE REFERENCIA

8.1-Antecedentes

El origen del bajo factor de potencia son las cargas de naturaleza inductiva.

Las cargas que son puramente resistivas, tales como los calefactores, lámparas

incandescentes, etc., no requieres de una potencia reactiva para su funcionamiento,

entonces la potencia reactiva y la potencia total son iguales por lo que podríamos

decir que F.P.=1.

Sin embargo, los equipos eléctricos requieren para su funcionamiento una

corriente de magnetización para la creación de campos magnéticos, tal como los

motores, transformadores, balastros, etc., consumen además, potencia reactiva

(KVAR) en la red. Esta potencia reactiva para evitarnos problemas en las

instalaciones deberá conseguirse un banco de capacitores. Los sistemas de

compensación de reactivos (capacitores principalmente) son una forma practica y

económica de mejorar el factor de potencia, sobretodo e instalaciones existentes.

Los capacitores instalados correctamente y con el valor adecuado se compensaran

la energía reactiva necesaria requerida por la instalación elevando el factor de

potencia por encima de los valores mínimos requeridos.

La necesidad de realizar éste estudio también se debe a que actualmente en

muchos sistemas eléctricos surge la necesidad de convertir la corriente alterna en

directa y además elevar ésta a corriente a niveles de tensión altos, lo cual provoca

una distorsión y reduce la eficiencia en la transferencia de energía, generando así

muchos problemas al sistema y a su vez dando lugar a que nuestro factor de

potencia sea bajo.

Las ventajas de la corrección del factor de potencia se pueden dividir en los

siguientes:

1. Eliminación del cargo por bajo factor de potencia. La compañía

suministradora penaliza a las empresas que presentan un bajo factor de

potencia (inferior a 0.9).


17

2. Bonificación por un factor de potencia superior al 0.9. Los capacitores

ayudan a liberar la carga del sistema y ayudan a diferir inversiones por parte

de la compañía suministradora.

3. Menores pérdidas en el sistema: Una mejoría del Cos de 0.6 a 0.9 reduce las

pérdidas en 56% y una mejora de 0.6 a 1.0 resultará en una reducción del

64%.

4. Potencia liberada en el transformador: (kvas disponible).

5. La instalación eléctrica puede trabajar más eficientemente.

6. Se prolonga la vida útil de los equipos (cables, motores, transformadores,

etc.).

El factor de potencia es el terminó usado para describir la relación entre la

potencia de trabajo o real y la potencia total consumida. A la energía que se

transforma en trabajo, se la denomina energía activa, mientras que aquella usada

para el propio funcionamiento del artefacto, se llama energía reactiva.


18

8.2-Estado del arte

Los capacitores han tomado relevancia en la actualidad ya que son muy

utilizados en las empresas e industrias para corregir el bajo factor de potencia que

inventaron un tipo de bancos de capacitores que brida mayor confiabilidad y

ahorro económico.

Este tipo especial de capacitores ya que cuando ya que el factor de potencia

es alto o bajo, los bancos automáticos de capacitores se encargan de mejorarlos,

tanto en instalaciones completas como las zonas especificas.

Lo que hacen los bancos automáticos de capacitores es vigilar o supervisar

las variaciones del factor de potencia. Una vez que detectan variaciones

considerables, de manera automática las corrige.

Las acciones de los bancos automáticos de capacitores son:

Eliminar o disminuir las variaciones derivadas del factor de potencia.

Reducir las pérdidas en el sistema eléctrico debido al calentamiento.

Garantizar una mejor regulación de la tensión.

Liberar la capacidad del sistema.

Los principales beneficios de usar bancos automáticos de capacitores son:

Se evita el desgaste prematuro de los equipos eléctricos y electrónicos.

No requieren demasiado mantenimiento.

El consumo final de energía disminuye, con lo que disminuyen los costos

por suministro.

El factor de potencia tiene un seguimiento durante las variaciones de la

carga eléctrica.


19

8.3-Marco conceptual

Inductancia

“Es posible demostrar que el paso de corriente por un conductor va

acompañado de efectos magnéticos; la aguja de una brújula colocada cerca de un

conductor, por ejemplo, se desviará de su posición normal norte-sur. La corriente

crea un campo magnético.”[X]

La transferencia de energía al campo magnético representa trabajo efectuado

por la fuente de FEM (Fuerza Electro Motriz). Se requiere potencia para hacer

trabajo, y puesto que la potencia es igual a la corriente multiplicada por la tensión,

debe haber una caída de tensión en el circuito durante el tiempo en que la energía

está almacenándose en el campo.

Esta caída de tensión que no tiene nada que ver con la caída de tensión de

ninguna resistencia del circuito, es el resultado de una tensión opuesta inducida en

el circuito mientras el campo crece hasta su valor final. Cuando el campo se vuelve

constante,

La FEM inducida o fuerza contra electromotriz desaparece, puesto que ya no

se está almacenando más energía. Puesto que la FEM inducida se opone a la FEM

de la fuente, tiende a evitar que la corriente aumente rápidamente cuando se cierra

el circuito.

La amplitud de la FEM inducida es proporcional al ritmo con que varía la

corriente y a una constante asociada con el circuito, llamada inductancia del

circuito.

La inductancia depende de las características físicas del conductor. Por

ejemplo, si se enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Un arrollamiento de

muchas espiras tendrá más inductancia que uno de unas pocas vueltas. Además, si

un arrollamiento se coloca alrededor de un núcleo de hierro, su inductancia será

mayor de lo que era sin el núcleo magnético.


20

Capacitancia

En electromagnetismo y electrónica, la capacitancia1 o capacidad eléctrica es

la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica. La

capacitancia también es una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada

para un potencial eléctrico dado. El dispositivo más común que almacena energía

de esta forma es el condensador. La relación entre la diferencia de potencial (o

tensión) existente entre las placas del condensador y la carga eléctrica almacenada

en éste

Voltaje

La tensión eléctrica o diferencia de potencial (también

denominada voltaje1 2 ) es una magnitud física que cuantifica la diferencia

de potencial eléctrico entre dos puntos. También se puede definir como

el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre

una partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas. Se puede

medir con un voltímetro.3

La tensión es independiente del camino recorrido por la carga y depende

exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B en el campo eléctrico,

que es un campo conservativo.

Amperaje

El amperio o ampere (símbolo A), es la unidad de intensidad de corriente

eléctrica. Forma parte de las unidades básicas en el Sistema Internacional de

Unidades y fue nombrado en honor al matemático y físico francés André-Marie

Ampère. El amperio es la intensidad de una corriente constante que manteniéndose

en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular

despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vacío,

produciría una fuerza igual a 2×10-7

newton por metro de longitud.

El amperio es una unidad básica, junto con el metro, el segundo, y

el kilogramo:3 es definido sin referencia a la cantidad de carga eléctrica. La unidad

de carga, el culombio, es definido, como una unidad derivada, es la cantidad de

carga desplazada por una corriente de un amperio en el tiempo de un segundo.

http://es.wikipedia.org/wiki/Electromagnetismo

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_el%C3%A9ctrica#cite_note-0

http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencial

http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_(electricidad)#cite_note-1


http://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_f%C3%ADsica

http://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica)


http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula_elemental

http://es.wikipedia.org/wiki/Volt%C3%ADmetro


http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_conservativo

http://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctrica


http://es.wikipedia.org/wiki/Unidad_b%C3%A1sica_del_SI

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidades

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidades

http://es.wikipedia.org/wiki/Matem%C3%A1tico

http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsico

http://es.wikipedia.org/wiki/Andr%C3%A9-Marie_Amp%C3%A8re

http://es.wikipedia.org/wiki/Andr%C3%A9-Marie_Amp%C3%A8re

http://es.wikipedia.org/wiki/Unidades_b%C3%A1sicas_del_SI

http://es.wikipedia.org/wiki/Metro

http://es.wikipedia.org/wiki/Segundo

http://es.wikipedia.org/wiki/Kilogramo

http://es.wikipedia.org/wiki/Amperio#cite_note-3


http://es.wikipedia.org/wiki/Culombio

http://es.wikipedia.org/wiki/Segundo


21

Impedancia

La impedancia es una magnitud que establece la relación (cociente) entre

la tensión y la intensidad de corriente. Tiene especial importancia si la corriente

varía en el tiempo, en cuyo caso, ésta, el voltaje y la propia impedancia se

describen con números complejos o funciones del análisis armónico. Su módulo (a

veces impropiamente llamado impedancia) establece la relación entre los valores

máximos o los valores eficaces del voltaje y de la corriente. La parte real de la

impedancia es la resistencia y su parte imaginaria es la reactancia. El concepto de

impedancia generaliza la ley de Ohm en el estudio de circuitos en corriente alterna

(AC).El término fue acuñado por Oliver Heaviside en 1886. En general, la solución

para las corrientes y las tensiones dev un circuito formado

por resistencias, condensadores e inductancias y sin ningún componente de

comportamiento no lineal, son soluciones de ecuaciones diferenciales. Pero,

cuando todos los generadores de voltaje y de corriente tienen la misma frecuencia

constante y sus amplitudes son constantes, las soluciones en estado

estacionario (cuando todos los fenómenos transitorios han desaparecido) son

sinusoidales y todos los voltajes y corrientes tienen la misma frecuencia que los

generadores y amplitud constante. La fase, sin embargo, se verá afectada por la

parte compleja (reactancia) de la impedancia.

8.3-Marco teórico

Primeramente en cualquier instalación donde haya un cableado eléctrico, se

puede observar el efecto de calentamiento en ellos y esto representa desperdicio de

energía. Existen ciertos equipos que lo presentan en un mayor grado y hablando de

una industria, se dice que tienen un gran número de éstos artefactos generando así,

demasiadas pérdidas.

Lo cuál nos lleva a mencionar el concepto de factor de potencia, que

representa la relación entre la potencia real (energía utilizada) y la potencia

aparente (energía requerida). Esto significa que el factor de potencia es una

relación que existe entre la potencia aparente (VA) que requiere el sistema con la

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Voltaje_(electricidad)&action=edit&redlink=1


http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Reactancia

http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm

http://es.wikipedia.org/wiki/Oliver_Heaviside

http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Inductancia

http://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaciones_diferenciales

http://es.wikipedia.org/wiki/Estado_estacionario

http://es.wikipedia.org/wiki/Estado_estacionario


22

potencia real (*Watts) que se está consumiendo realmente y la diferencia de ambas

es el desperdicio de energía del sistema.

Algunas de las causas de las que halla perdidas de energía son la cantidad de

corriente que se esta manejando, mayor corriente mayores serán las perdidas.

Como se requiere grandes conductores para transportar estas grandes cantidades de

corrientes se requiere grandes conductores (cable) y eso aumentara la cantidad de

cobre del conductor por lo que la compañía de luz entra que hacer un mayor

esfuerzo para suministrar esta gran cantidad de energía a la compañía que la

solicita.

Si nos ponemos a pensar, podríamos decir “no pasa nada si desperdicio

energía”, es tener un pensamiento erróneo porque en realidad si pasa, según J.

David Irwin éste fenómeno es de gran importancia en una industria al tener un gran

impacto económico al tener la necesidad de una gran cantidad de energía.

Lo primero que sea hace es un cálculo matemático que nos arroja la

información de que rango de pérdidas se presentan en nuestra instalación.

Después se plantea que elementos necesito para hacer que esa pérdida sea

muy mínima y no me provoque problemas.

Factor de potencia es un término muy usado para describir la relación que

hay de trabajo real y la potencia real consumida. Así pues, el triangulo de potencia

muestra gráficamente la relación entre la potencia real (KW), la potencia reactiva

(KVAR) y la potencia total o aparente (*KVA).

KW = Potencia Real

Figura 7.1 – Triángulo

de potencias

*Watt: La unidad Watt (W) se utiliza para medir la "potencia activa", es decir aquella cuyo vector no posee

componente en el eje j y que se disipa en las resistencias puras en forma de calor. Es la potencia eléctrica capaz de

generar trabajo.


23

KVAR = Potencia Reactiva (no produce trabajo, pero si hay que pagar por ella)

KVA = Potencia requerida para alimentar la carga

F.P. = Cos φ = P/S o también Cos φ= KW/KVA

Capacitores

El método más común y económico para la corrección de bajo factor de

potencia es la utilización de banco de capacitores, aparte de ser económicos

pueden fabricarse en diferentes capacidades pero la única desventaja es que son

afectados por las vibraciones (armónicas) presentes en la red” [2]. El método

más utilizado y económico para poder corregir el bajo F.P. utilizado por las

empresas y fábricas es el banco de capacitores, para poder identificar el bajo factor

de potencia y la capacitancia requerida para el sistema.

¿Qué es un capacitor? El capacitor es un dispositivo que almacena energía

en forma de un campo magnético conformado por dos placas conductoras aisladas

y están separadas por un dieléctrico [3]. Esto significa que un capacitor almacena

energía hasta el momento de su utilización, está compuesto por 2 placas

conductoras separadas por un dieléctrico como el aire o un tipo de solución acida

como las pilas

Los tipos de capacitores que se

utilizaran en baja tensión pueden ser hasta 600V, son fabricados con polipropileno

metalizado, los cuales se enrollan en bobinas de pequeños valores de capacitancia,

los valores comerciales se dan en KVAR (Kilo Volt Amper Reactivos). Son muy

Figura 7.2-Vista interna del

Capacitor

*VA: Los Volt-Ampere (VA) miden la "potencia aparente" es decir la potencia que en "apariencia" puede manejar una

instalación eléctrica o un equipo, surge de la suma vectorial de las potencias activas (expresadas en Watts) y las potencias

reactivas (expresadas en Volt-Ampere Reactivos o comúnmente llamados VARS).


24

comunes de 1,2 y 3 KVAR monofásicos. Para alcanzar valores mayores se

conectan entre sí generalmente en delta.

Los bancos fijos de capacitores son muy útiles cuando se requiere mejorar el

factor de potencia en baja tensión de una carga o un grupo de cargas cuya demanda

de potencia reactiva es básicamente constante. El banco fijo siempre estará

conectado a la línea de alimentación pero dependiendo de la aplicación pueden ser

conectados o desconectados con los arrancadores de los motores.

Los bancos fijos de capacitores representan los siguientes beneficios:

Reducción del monto del recibo de energía eléctrica debido a que se

minimizan las penalizaciones y se podría tener una bonificación hasta de del

2.5% del recibo total.

Consumo total de energía disminuye.

Evita el desgaste prematuro de los equipos.

El banco requiere de mantenimiento mínimo.

Vida útil mayor de 15 años por sus bajas perdidas y hasta 80°C te

temperatura continuos.

Amplio espacio de instalación.

Su montaje puede ser de piso o pared.

El banco es 100% reparable en el campo.

Tiene indicación visual de falla en las celdas.

El banco automático de capacitores consta de un conjunto de celdas

capacitivas de valores distintos y también idénticos (según el arreglo), los cuales se

encuentran agrupados para obtener el factor de potencia con variaciones de carga.

El relevador de factor de potencia se encarga de detectar las necesidades de

potencia reactiva del sistema y conecta los grupos necesarios para obtener, en el

menor tiempo posible y con el menor número de operaciones, el factor de potencia

requerido.

Una ventaja de los bancos de capacitores que combinan grupos de operación

de distintos tamaños con grupos del mismo tamaño es que gracias a los grupos más

pequeños se puede seguir más de cerca las variaciones menores en el factor de


25

potencia de la instalación, obteniéndose una mejor compensación de potencia

reactiva. Otras ventajas de usar un banco de capacitores automáticos son:

Consumo total de energía disminuye.

El banco requiere de mantenimiento mínimo.

Vida útil mayor de 15 años por sus bajas perdidas y hasta 80°C te

temperatura continuos.

Su montaje puede ser de piso o pared.

Tiene indicación visual de falla en las celdas.

El relevar tiene un programa de switcheo con el cual rota el uso de los

capacitores haciendo que todos tengan un desgaste similar.

Se suministra con todos los componentes necesarios y debidamente

distribuidos para facilitar su instalación.

Se evitan problemas por resonancia gracias a la desconexión automática de

los grupos en condiciones de carga baja.

Los grupos más pequeños siguen de cerca al factor de potencia objetivo

obteniéndose una compensación más exacta de la potencia reactiva.

Medición del factor de potencia

Medición directa: Generalmente se usa para medir el factor de potencia (fase

entre una tensión y una corriente) y se obtiene de una lectura directa de un

instrumento que mide esta variable.

Medición indirecta: Se miden otras variables que se están relacionadas con

el ángulo de fase entre dos señales y luego por cálculo se obtiene el ángulo de fase

correspondiente.

8.4-Marco legal

El factor de potencia puede tomar valores entre 0 y 1, por ejemplo: en

elementos como planchas o estufas eléctricas toda la energía que requieren se

convierte en energía lumínica o calorífica y de esa forma el valor que toma es 1.

Los artefactos que tienen una energía electro-mecánica (transforma la

electricidad en movimiento), como lavadoras, equipos de aire acondicionado,


26

entre otros, requieren mas de la energía mecánica y esto provoca que el factor tome

el valor menor a 1.

“Según lo mencionado anteriormente, en México, de acuerdo a la tarifa y al

Diario Oficial del día 10 de noviembre de 1991, cuando el factor de potencia

tenga un valor inferior a 0.9, el suministrador de energía eléctrica tendrá derecho

a cobrar al usuario una penalización o cargo por la cantidad que resulte de

aplicar al monto de la facturación el porcentaje de recargo que se determine

según la siguiente formula [4]:

Cálculo de penalización por bajo factor de potencia (FP<0.9)

Penalización (%)=

[

]

En el caso de que el factor de potencia tenga un valor superior de 90%, el

suministrador tendrá la obligación de bonificar al usuario la cantidad que resulte de

aplicar a la factura el porcentaje de bonificación según la siguiente formula:

Cálculo de bonificación por alto factor de potencia (FP>0.9)

Bonificación (%)=

[

]

Normas aplicables a la corrección del bajo factor de potencia y para la instalación

de elementos que ayuden a la misma. [5]

*NOM-008-SCFI-2002. Sistema general de unidades de medida.


27

*NMX-J-203/1-ANCE-2005. Capacitores - Parte 1: Capacitores de potencia en

conexión paralelo -

Especificaciones y métodos de prueba.

NMX-J-235/1-ANCE-2000. Envolventes - Envolventes (gabinetes) para uso en

equipo eléctrico - Parte1:

Requerimientos generales - Especificaciones y métodos de prueba.

NMX-J-235/2-ANCE-2000. Envolventes - Envolventes (gabinetes) para uso en

equipo eléctrico - Parte2:

Requerimientos específicos - Especificaciones y métodos de prueba.

NMX-J-266-ANCE-1999. Productos eléctricos – Interruptores - Interruptores

automáticos en caja Moldeada - Especificaciones y métodos de prueba.

*NRF-048-PEMEX-2003. Diseño de Instalaciones Eléctricas en Plantas

Industriales.

NRF-049-PEMEX-2006. Inspección de bienes y servicios.

NRF-053-PEMEX-2006. Sistemas de protección anticorrosiva a base de

recubrimientos para instalaciones superficiales.

*NMX - Norma Mexicana,* NOM - Norma Oficial Mexicana,* NRF - Norma de Referencia.


28

8.5-Marco ambiental

Según el Reglamento Ambiental para uso, Manejo, Transporte y Disposición

de Bifenilos Policlorados de la Subsecretaría de Gestión Ambiental se establece lo

siguiente:

Capitulo 2 - Medidas de prevención en los talleres de descontaminación de

los Bifenilos Policlorados (PCB).

Articulo 1. En el reglamento se establece definir y garantizar la gestión

ambiental segura y racional con relaciones a los PCB contenidos en los

capacitores.

Articulo 4. Para los efectos de aplicación del presente Reglamento se

entenderá por:

Bifenilos Policlorados: compuesto químico formado por cloro, carbón e hidrógeno,

resistente al fuego, muy estable, no conduce la electricidad y tiene baja volatilidad

a temperaturas normales, persistentes en el ambiente y bioacumulables en los

tejidos de organismos vivos.

Título 2. Disposiciones generales.

Articulo 6. La Secretaría de Estado de Medio Ambiente y Recursos Naturales

elaborará un Registro de Usuarios y Generadores de PCB, en el cual se asentará a

toda persona o entidad que importe, utilice, maneje, transporte o exporte PCB o

residuos con PCB.

En el reglamento hay mas artículos que describen todo lo relaciona con el

PCB, pero de manera general se explicó la utilización de éste.

Corroborando lo mencionado del reglamento, se agrega la norma que

establece la disposición de los elementos con PCB:

NOM-133-ECOL-2000, Protección ambiental-Bifenilos Policlorados (BPC)-

Especificaciones de manejo.


29

Agregando que en ella se establece lo siguiente:

12.Reclasificación, desincorporación y acondicionamiento, descontaminación,

reciclaje y disposición final

12.1 Las empresas de servicio, con instalaciones fijas o móviles que lleven a

cabo el manejo de los BPC incluyendo procesos de reclasificación,

desincorporación, acondicionamiento, eliminación y descontaminación, deben

contar con la autorización correspondiente otorgada por la Secretaría. No se

autorizará la exportación para confinamiento de equipos BPC, equipos eléctricos

BPC, equipos contaminados BPC y residuos BPC que contengan cualquier

concentración de BPC.

Si no se cumple con lo establecido, la multa por el daño al medio ambiente podrá

ser de 1000 a 5000 salarios mínimos.


30

9-HIPÓTESIS:

1. El bajo factor de potencia generado en una instalación eléctrica de baja tensión

será corregido mediante la instalación de un banco de capacitores lo cual se hará

utilizando un “analizador de la calidad de la potencia (quality power analyzer).

2. La corrección del bajo factor de potencia ayudará al usuario a evitar la

penalización que el suministrador de energía eléctrica demanda conociendo el

factor de potencia que aparece en el recibo de la compañía suministradora antes y

después de la corrección (si es necesaria).

3. Las ventajas de la corrección del bajo factor de potencia serían

-Uso optimizado de las máquinas

-Uso optimizado de las líneas eléctricas

-Reducción de las pérdidas en el sistema

-Reducción de las caídas de tensión

Lo anterior se calcularía de manera matemática de acuerdo a las formulas

necesarias.


31

10-DISEÑO EXPERIMENTAL

10.1-Formulas para cálculos

Lo que permite conocer la potencia activa, real o efectiva P, que corresponde a la

energía eléctrica consumida por unidad de tiempo:

P = V x I x Cos j (Watts) Ecuación109.1

La potencia reactiva o magnetizante Q, que representa la energía utilizada para

crear un campo magnético y devuelta a la red:

Q = V x I x Sen j (VAR) Ecuación 10.2

Si el consumo es trifásico, el voltaje V se medirá entre dos fases. Si la carga esta

equilibrada o balanceada, la corriente I se mide en una, cualquiera de ellas. Es fácil

deducir que en tal caso resulta:

Potencia Aparente:

S = 3 ×V×I (VA) Ecuación 10.3

Potencia Activa :

P = 3 ×V×I×Cos (W) Ecuación 10.4

Potencia Reactiva:

Q = 3× ×V×I× Sen (VAR) Ecuación 10.5

Factor de potencia

F.P =

=

Ecuación 10.6

F.P. = cos(ѳ) =

√ Ecuación 10.7

I activa = I Cos j (Amperes) Ecuación 10.8

I reactiva = I Sen j (Amperes) Ecuación 10.9


32

Además del cálculo basado en formulas existen métodos, los cuales serán tomados

de para calcular el factor de potencia:

10.2-Mediciones indirectas

10.2.1-Osciloscopio: Existen dos formas de obtener el desfasaje entre dos señales

sinodales con el osciloscopio:

En el primer caso se representa las dos señales de las cuales se quiere conocer el

desfasaje en la pantalla del osciloscopio por medio del barrido interno de este

(figura 1).

De esta forma podemos conocer la diferencia temporal entre dichas señales y así

llegar al desfasaje por la aplicación de la siguiente fórmula:

Donde t representa la diferencia temporal de las dos ondas y T el periodo de dichas

señales (considerando las ondas con la misma frecuencia).

El segundo método consiste en la composición de las ondas en ambos canales X -

Y. Así formamos la figura de Lisajouss (figura 2) y determinamos el desfasaje de

la siguiente manera:

Figura 10.1-Ondas senoidales con desfasamiento (lado izquierdo) y

ondas senoidales en la figura Lisajouss (lado derecho).

Ecuación 10.10

Ecuación 10.11


33

10.2.2-Método de los tres voltímetros: Con este método podemos calcular el cos

φ de una carga dada. Se usa cuando la magnitud de la tensión es mucho mayor que

la de la corriente en el circuito.

Para conocer el factor de potencia de la carga conectamos en serie con esta una

resistencia anti inductiva conocida, y con los voltímetros determinamos las

tensiones como indica la figura 3

Si hacemos el diagrama de fasores de las tensiones, tenemos que estas forman

entre si un triangulo. Aplicando el teorema del coseno a dicho triangulo tenemos:

Aplicando coseno a ambos miembros:

Reemplazando en ecuación 9.12:

Despejando tenemos que:

Figura 10.3-Conexión

de voltímetros para

medir el FP

Ecuación 10.12

Ecuación 10.13

Ecuación 9.14

Ecuación 10.15

Ecuación 10.16


34

De la formula obtenida podemos ver que los instrumentos a emplear deben ser de

gran precisión pues tenemos que las tensiones están multiplicadas y elevadas al

cuadrado, por lo que la propagación de los errores en dicha fórmula se suman y el

error puede ser grande en el cálculo.

10.2.3-Método de los tres amperímetros: A este método se emplea cuando la

intensidades de corriente son grandes y las caídas de tensión bajas. El elemento

que se investiga es Zx, y se le conecta en paralelo una resistencia antiinductiva.

Igual que el método anterior nos queda que:

Igual al método de los tres voltímetros aplicamos el teorema del coseno al

triangulo de corrientes del diagrama de fasores y así llegamos a la formula que nos

da el factor de potencia de la carga:

Nuevamente podemos ver que las corrientes están multiplicadas y elevadas al

cuadrado, por lo que las mismas deben ser medidas con instrumentos muy

precisos.

Figura 10.4-Conexión de amperímetros para medir el FP

Ecuación109.17


35

10.2.4-Método del Watimetro, Voltímetro, Amperímetro: Se usa tanto para

circuitos monofásicos como trifásicos equilibrados. Y se basa en la aplicación

directa de la formula de la potencia para circuitos de corriente alterna.

10.2.5-Método de los dos Watimetros: Este método se usa para cargas trifásicas

equilibradas, cuando las corrientes son puramente senoidales. El circuito es el

siguiente:

Tenemos que las potencias leídas por los Watimetros son:

Figura 10.5-Conexión de Wattimetro, voltímetro y amperímetro para medir el

FP

Figura 10.6-Conexión de dos

wattímetros para medir el FP

Ecuación 10.18

Ecuación 10.19

Ecuación 10.20


36

Si los watimetros son iguales y se cumple que:

Entonces:

10.3-Mediciones Directas (Instrumentos). Se efectúan con un instrumento que generalmente mide el factor de potencia de

una carga dada. Estos instrumentos pueden ser trifásicos o monofásicos.

10.3.1-Cofímetro monofásico: El cofímetro es un instrumento electrodinámico

medidor de cocientes y consta de tres carretes. Dos de estos carretes están sujetos

entre si formando un ángulo de 90°, estos giran en el campo del tercer carrete que

es fijo. En estos instrumentos el órgano móvil esta desprovisto de momento

directriz mecánico, por lo que la posición de éste es arbitraria. En la siguiente

figura puede observarse una vista en corte del instrumento:

Figura 10.7-Cofímetro

monofásico

Ecuación 10.21


37

Funcionamiento: Según se indica en la figura, los carretes S y S1 forman un ángulo

que coincide con la desviación del índice. Sus campos y 1 son proporcionales a

las corrientes I e I1 .Sea el defasaje entre U e I. Para que también 1 esté en fase

con U, o sea con l1, se conecta en serie una gran resistencia antiinductiva R1.

De este modo, entre I e I1 hay un defasaje temporal , entonces el momento será:

Los carretes S1 y S2 y sus campos son perpendiculares entre sí. Los campos 2 y

forman un ángulo de 90º . Para que 2 e l2 presenten un de fasaje en el tiempo de

90° respecto de 1 , se utiliza una "conexión a 90°". Con ello, l2 presenta un retraso

de 90° respecto de U y de l2, y entre l2 e I el de fasaje es de 90º. Por lo

consiguiente el momento de estos dos carretes es:

Los carretes S1 y S2 están unidos de manera que Me1 y Me2 actúen en sentidos

opuestos, con lo cual cada uno de los carretes proporciona el momento antagónico

para el otro carrete. Los momentos dependen, además, de la posición del órgano

móvil, de modo que si al girar este, uno de los momentos aumenta mientras el otro

disminuye, existe una posición para la cual es:

Me1=Me2

Figura 10.8-Funcionamiento del

cofímetro monofásico

Ecuación 10.22


38

Por lo que remplazando se obtiene:

Podemos ver entonces que la desviación del índice es una medida de defasaje

existente entre la corriente I y la tensión U.

10.3.2-Cofímetro trifásico: El principio de funcionamiento es el mismo que el del

cofímetro monofásico. Se usa cuando el consumo es simétrico en las fases. En este

instrumento no es necesaria una conexión especial que produzca un desfasaje de

90°, pues este lo conseguimos con el propio desfasaje del sistema trifásico. El

esquema es el siguiente:

Como podemos ver, Por la bobina fija circula la corriente de una de las fases. Los

carretes cruzados están conectados en las otras dos fases a través de resistencias

antiinductivas, R1 y R2. Así las corrientes I1 e l2 están en fase con URT y URS,

formando un ángulo de 60°. El ángulo entre lR y URT vale ; entre lR y URS,

Figura 10.10-Funcionamiento cofímetro trifásico

Ecuación 10.23

Ecuación 10.24

Ecuación 10.24


39

10.3.3-Power Quaity Analyzer

A parte de estos instrumentos en México se utilizan los siguientes instrumentos:

Figura 10.12-Power harmonics analyzer

(Analizador de armónicos y potencia)

Fluke

Figura 10.11-Power quality analyzer

(Analizador de la calidad de la potencia)

Hioki

Figura 10.13 – DM-II Pro,

Amprobe


40

Estos instrumentos proporcionan todos los datos mencionados anteriormente en los

cálculos y otros métodos, es de las tecnologías mas actualizadas y mejores hoy en

día.

Para calcular el costo de penalización por el bajo factor se utiliza la siguiente

formula:

Cálculo de penalización por bajo factor de potencia (FP<0.9)

Penalización (%)=

[

]

Formula para observar el uso optimizado de las líneas eléctricas:

Formula para detectar la reducción de pérdidas en un sistema trifásico:

Y por ultimo para determinar las caídas de tensión en una línea trifásica:

Para calcular la capacitancia necesaria después de tomar las mediciones y hacer el

calculo que nos ayudará a hacer la corrección es la siguiente:

=

=

= -

C=

Ecuación 10.25

Ecuación 10.26

Ecuación 10.27

Ecuación 10.28


41

Población para el estudio

Realizaremos las mediciones en las instalaciones de baja tensión del Instituto

Tecnológico de Nuevo Laredo y ya que son 4 subestaciones se tomará como

población ese número, las subestaciones se encuentran en:

Subestación 1: junto a las oficinas administrativas del Tecnológico.

Subestación 2: Laboratorio de Ingeniería Mecánica.

Subestación 3: junto al edificio de Ingeniería Electrónica.

Subestación 4: gimnasio del Tecnológico.

Muestra

Para poder tener datos válidos tomaremos como muestra 2 de las 4 instalaciones

para llevar a acabo las mediciones correspondientes, mostradas mas adelante.

Detección y corrección del bajo factor de potencia generado en instalaciones de baja

tensión

42

La siguiente tabla muestra los datos principales que se obtendrán en las

mediciones que se llevarán a cabo y posteriormente de ellas se analizarán para

su aprovechamiento.

Datos para el análisis en instalación de baja tensión de 220 v trifásica No. de

lectura Fecha Hora

Corriente

L1

Corriente

L2

Corriente

L3

Voltaje

L1-N

Voltaje

L2-N

Voltaje

L3-N

Tabla 10.1.Datos necesarios para el

análisis (Parte 1)


tensión

43

Datos para el análisis en instalación de baja tensión de 220 v trifásica

No. de

lectura Fecha Hora

Voltaje

L1-L3

Voltaje

L1-L2

Voltaje

L2-L3

Potencia

activa-

Trifásica

Potencia

aparente-

Trifásica

Potencia

reactiva-

Trifásica

Factor

de

potencia

– Cos ѳ

Tabla 10.1.Datos necesarios para el

análisis (Parte 2)


tensión

44

11-DESARROLLO (RECOPILACIÓN DE DATOS) 11.1-Monitoreo

Lo que se llevó a cabo en la recopilación de datos fueron mediciones con

algunos motores trifásicos, de los cuales se agregó sus datos correspondientes,

diagramas de conexión; para la comprensión de los que se realizó se agregaron

imágenes con una breve descripción de lo que muestran gráficamente.

En la primera medición que se hizo la fuente de alimentación utilizada era de

220 volts trifásicos y como se describió en la sección de diseño experimental

la muestra se tomó de la instalación de baja tensión ubicada en el laboratorio

de ingeniería mecánica del Instituto Tecnológico de Nuevo Laredo, se aclara

que por necesidad se tomaron lecturas por solo 12 segundos, para que el motor

no llegara a dañarse por lo que se ve en la figura 11.1, unas pinzas para

detener el rotor del motor para poder simular que se tenía presente una carga.

El motor de la figura 11.1 tiene los siguientes datos en su placa:

Voltaje nominal: 220-440 v

Corriente nominal: 2.5 A

Potencia: ½ HP

Polos: 4

Frecuencia de trabajo: 60 Hz

Figura 11.1-Motor

trifásico conectado

en delta (motor

número 1)


tensión

45

En el apartado del diseño experimental se presentaron varios equipos de

medición útiles para nuestro desarrollo de recopilación de datos, de acuerdo a

los alcances que se ténganse recomienda utilizar cualquiera de los descritos,

en este caso presentaremos el uso del DM-II-AMPROBE (Fig. 11.2) y no solo

para ésta medición, si no, para todo la experimentación llevada a cabo, gracias

a esto se tuvieron ventajas al realizar las mediciones, ya que nos permitía

hacer grabaciones y mediciones periódicas que facilitarían en un futuro

cualquier monitoreo que se llegue a realizar.

Para llevar a cabo la conexión del equipo de monitoreo, se tiene que consultar

el anexo 5 (Manual del usuario para DM-II-AMPROBE) y así llevar a cabo el

proceso, que es primero programar el tipo de conexión y después seguir los

pasos indicados en el equipo.

Ahora se presenta la conexión que se estableció de manera física (en la figura

11.3) al momento del desarrollo de la recopilación de los datos. La imagen en

sí muestra como se tiene que conectar el motor para ser alimentado.

En la imagen no se describe pero la alimentación es trifásica de 220v, lo cual

concuerda con la alimentación del motor.

“Se recomienda tener cuidado al conectar el medidor predeterminado por el

experimentador, ya que cada aparato puede llegar a tener su propio tipo de

conexión y creer que todos se conectan igual, puede causar muchas

consecuencia al obtener resultados erróneos.”

Figura 11.2-DM-II-

AMPROBE (Medidor de la

calidad de la energía)


tensión

46

Las imágenes anexadas a continuación muestran la conexión física que se

llevó a acabo para el monitoreo necesario para obtener los resultados

necesarios:

En la imagen 11.3 se observa el motor conectado con sus tres fases y

pinzas en cada una de ellas para la medición de la corriente, además se

observa el motor con pinzas en el rotor lo cual sirve para amarrar el

rotor y generar una carga.

En la imagen 11.4 se observa el aparato conectado y se alcanza a

observar que en la fuente están conectadas las terminales medidoras de

voltaje y aparte también las pinzas para medir corriente. También se

observa los motores y capacitores para la corrección que se describirán

masadelante.

Imagen 11.3-Motor 1

conectado al equipo de

medición, en medio se

observan las pinzas de

corriente del aparato

Imagen 11.4-Motor 1 y 2,

banco de capacitores en

medio de los motores y

Amprobe.


47

Figura 11.5-Conexión para medición del

factor de potencia con un motor trifásico-

AutoCAD (2012)


48

En la tabla mostrada a continuación se presentan las mediciones obtenidas de la conexión presentada anteriormente.

Datos para el análisis en instalación de baja tensión de 220 v trifásica con carga inductiva (motor 1)

No. de lectura Fecha Hora Corriente L1 Corriente L2 Corriente L3 Voltaje

L1-N Voltaje

L2-N Voltaje

L3-N

1 16-10-2012 7:30 am 2.2 A 2.2 A 2.2 A 128 v 132 v 135 v

2 16-10-2012 7:32 am 2.3 A 2.3 A 2.3 A 127 v 133 v 135 v

3 16-10-2012 7:34 am 2.3 A 2.3 A 2.3 A 127 v 133 v 135 v

4 16-10-2012 7:36 am 2.3 A 2.3 A 2.3 A 128 v 133 v 135 v

5 16-10-2012 7:38 am 2.3 A 2.3 A 2.3 A 128 v 133 v 135 v

6 16-10-2012 7:40 am 2.2 A 2.2 A 2.2 A 128 v 133 v 134 v

7 16-10-2012 7:42 am 2.2 A 2.2 A 2.2 A 128 v 133 v 134 v

8 16-10-2012 7:44 am 2.2 A 2.2 A 2.2 A 128 v 133 v 135 v

9 16-10-2012 7:46 am 2.3 A 2.3 A 2.3 127 v 132 v 135 v

10 16-10-2012 7:48 am 2.3 A 2.3 A 2.3 129 v 132 v 135 v

11 16-10-2012 7:50 am 2.2 A 2.2 A 2.2 128 v 132 v 135 v

12 16-10-2012 7:52 am 2.2 A 2.2 A 2.2 128 v 133 v 134 v

Tabla 11.1-Datos obtenidos, primer

medición


49

Datos para el análisis en instalación de baja tensión de 220 v trifásica (continuación tabla 16.1)

No. De lectura

Fecha Hora Voltaje L1-L3

Voltaje L1-L2

Voltaje L2-L3

Potencia activa-

Trifásica

Potencia aparente –

Trifásica

Potencia reactiva – Trifásica

Factor de potencia –

Cos ѳ

1 16-10-2012 7:30 am 223 v 226 v 223 v 198 W 300 VA 226 VAR .65

2 16-10-2012 7:32 am 223 v 226 v 223 v 197 W 300 VA 226 VAR .65

3 16-10-2012 7:34 am 223 v 226 v 223 v 198 W 301 VA 226 VAR .65

4 16-10-2012 7:36 am 224 v 226 v 224 v 198 W 301 VA 228 VAR .65

5 16-10-2012 7:38 am 223 v 226 v 223 v 198 W 301 VA 226 VAR .65

6 16-10-2012 7:40 am 223 v 226 v 224 v 198 W 301 VA 225 VAR .64

7 16-10-2012 7:42 am 222 v 225 v 223 v 198 W 302 VA 228 VAR .65

8 16-10-2012 7:44 am 223 v 226 v 223 v 197 W 301 VA 226 VAR .65

9 16-10-2012 7:46 am 223 v 226 v 223 v 197 W 301 VA 226 VAR .65

10 16-10-2012 7:48 am 223 v 225 v 223 v 198 W 301 VA 226 VAR .65

11 16-10-2012 7:50 am 223 v 226 v 223 v 198 W 301 VA 224 VAR .65

12 16-10-2012 7:52 am 222 v 226 v 223 v 198 W 300 VA 227 VAR .64

Los datos obtenidos en la tabla 11.1 nos muestran claramente que nuestro factor de potencia (cos ѳ=.65) se

encuentra en un valor que no nos beneficia para nada, ya que como se había aclarado anteriormente si el factor de

potencia se encuentra de bajo de el valor de 0.9 es perjudicial para el usuario. Con estos resultados al finalizar la

recopilación se procedió a calcular en que nos perjudica éste fenómeno.

Tabla 11.1-Datos obtenidos, primer

medición


tensión

50

Días posteriores se procedió a tomar una segunda medición pero realizándose

en otra instalación de baja tensión dentro del laboratorio de ingeniería

mecánica y considerando otro motor trifásico de otras capacidades que

posteriormente se describirán, ahora se tuvo la ventaja que el motor trifásico

utilizado por si mismo generaba una carga (corriente) y no tenía que detenerse

el rotor del motor para simular la demanda de carga.

Se anexa la imagen del motor con sus respectivas conexiones, las cuales se

graficarán posteriormente.

Los datos del motor de la figura 11.4 son los siguientes:

Tipo: abierto

Potencia nominal: ¾ HP

RPM: 1725

Voltaje nominal: 220/440 v

Corriente nominal 3.3 A

Frecuencia de trabajo: 60 Hz

Figura 11.6-Motor

trifásico conectado

(número 2)


tensión

51

La observación que se tuvo con este motor y que pueda servir para cualquier

estudio posterior es que tenía 12 terminales de salida, lo cual significa que

había que hacer la conexión de ellas para que pudiera trabajar con 220 v

(conexión de las bobinas en paralelo y delta), a continuación se observa de

manera gráfica como se realiza la conexión:

Figura 11.7-Bobinas en serie-440 v (lado izquierdo) y bobinas en paralelo-220v (lado derecho)

Figura 11.8-Terminales del motor en el recuadro del lado izquierdo y conexión zig-zag de las

bobinas de un motor


tensión

52

Las conexiones mostradas en la figura 11.5 y 11.6 son estándares para

conectar motores trifásicos según la norma NEMA (Asociación de fabricantes

eléctricos nacionales) y la I.E.C (Comisión electrónica nacional).


53

Para la conexión del motor 2 a la fuente se toma como referencia la conexión presentada en la figura 11.3, como en

el motor 1.

Ahora, a continuación se presentan los resultados obtenidos de la segunda medición con la referencia dicha

anteriormente sobre conexión y el motor usado.

Datos para el análisis en instalación de baja tensión de 220 v trifásica con carga inductiva(motor 2)

No. de lectura Fecha Hora Corriente L1 Corriente L2 Corriente L3

1 23-10-2012 11:47:05 am 2.12 A 2.09 A 2.11 A 2 23-10-2012 11:47:06 am 2.12 A 2.09 A 2.11 A

3 23-10-2012 11:47:07 am 2.11 A 2.09 A 2.11 A

4 23-10-2012 11:47:08 am 2.11 A 2.09 A 2.11 A

5 23-10-2012 11:47:09 am 2.11 A 2.09 A 2.11 A 6 23-10-2012 11:47:10 am 2.11 A 2.09 A 2.10 A

7 23-10-2012 11:47:11 am 2.11 A 2.08 A 2.10 A

8 23-10-2012 11:47:12 am 2.11 A 2.08 A 2.10 A

9 23-10-2012 11:47:13 am 2.11 A 2.08 A 2.10 A

10 23-10-2012 11:47:14 am 2.10 A 2.08 A 2.10 A

11 23-10-2012 11:47:15 am 2.10 A 2.08 A 2.10 A

12 23-10-2012 11:47:16 am 2.10 A 2.08 A 2.10 A

13 23-10-2012 11:47:17 am 2.10 A 2.08 A 2.10 A 14 23-10-2012 11:47:18 am 2.09 A 2.07 A 2.09 A

15 23-10-2012 11:47:19 am 2.10 A 2.07 A 2.09 A

16 23-10-2012 11:47:20 am 2.10 A 2.07 A 2.09 A

17 23-10-2012 11:47:21 am 2.10 A 2.07 A 2.09 A 18 23-10-2012 11:47:22 am 2.10 A 2.07 A 2.09 A

19 23-10-2012 11:47:23 am 2.10 A 2.07 A 2.09 A

20 23-10-2012 11:47:24 am 2.09 A 2.07 A 2.09 A

Tabla 11.2-Datos obtenidos, segunda medición


54

Datos para el análisis en instalación de baja tensión de 220 v trifásica con carga inductiva (continuación

tabla 16.2)

No. de lectura


Voltaje L1-L2

Voltaje L2-L3

Potencia activa-

Trifásica

Potencia aparente - Trifásica

Potencia reactiva - Trifásica


Cos ѳ

1 23-10-2012 11:47:05 am 222.81 v 223.68 v 225.19 v 542.19 W 812.01 VA 604.47 VAR .67

2 23-10-2012 11:47:06 am 222.89 v 223.77 v 225.26 v 542.60 W 811.89 VA 603.95 VAR .67

3 23-10-2012 11:47:07 am 222.91 v 223.79 v 225.25 v 542.79 W 811.37 VA 603.07 VAR .67

4 23-10-2012 11:47:08 am 222.83 v 223.65 v 225.22 v 542.28 W 810.62 VA 602.53 VAR .67

5 23-10-2012 11:47:09 am 222.87 v 223.62 v 225.24 v 541.83 W 809.63 VA 601.80 VAR .67

6 23-10-2012 11:47:10 am 222.76 v 223.58 v 225.23 v 538.40 W 806.63 VA 600.64 VAR .67

7 23-10-2012 11:47:11 am 222.67 v 223.46 v 224.79 v 540.38 W 806.53 VA 598.76 VAR .67

8 23-10-2012 11:47:12 am 222.66 v 223.46 v 224.73 v 540.19 W 805.76 VA 597.88 VAR .67

9 23-10-2012 11:47:13 am 222.76 v 223.57 v 225.20 v 541.80 W 807.57 VA 598.86 VAR .67

10 23-10-2012 11:47:14 am 222.90 v 223.60 v 225.34 v 542.16 W 807.83 VA 598.88 VAR .67

11 23-10-2012 11:47:15 am 222.95 v 223.67 v 225.43 v 542.57 W 807.80 VA 598.47 VAR .67

12 23-10-2012 11:47:16 am 222.81 v 223.57 v 225.41 v 541.75 W 806.48 VA 597.43 VAR .67

13 23-10-2012 11:47:17 am 222.85 v 223.60 v 225.34 v 541.49 W 805.50 VA 598.34 VAR .67

14 23-10-2012 11:47:18 am 222.77 v 223.67 v 225.36 v 541.55 W 805.39 VA 596.14 VAR .67

15 23-10-2012 11:47:19 am 222.83 v 223.57 v 225.27 v 541.74 W 805.28 VA 595.98 VAR .67

16 23-10-2012 11:47:20 am 222.78 v 223.44 v 225.34 v 540.19 W 805.50 VA 595.65 VAR .67

17 23-10-2012 11:47:21 am 222.87 v 223.60 v 225.43 v 541.80 W 805.39 VA 595.59 VAR .67

18 23-10-2012 11:47:22 am 222.76 v 223.67 v 225.41 v 542.16 W 805.28 VA 595.33 VAR .67

19 23-10-2012 11:47:23 am 222.89 v 223.57 v 225.34 v 542.57 W 805.65 VA 594.98 VAR .67

20 23-10-2012 11:47:24 am 222.77 v 223.60 v 225.23 v 541.75 W 806.33 VA 594.88 VAR .67

Tabla 11.2.Datos obtenidos, segunda medición

(segunda parte)


55

A pesar de que la capacidad del motor número 2 se considera mayor, el valor

del factor de potencia (cos ѳ=.67) se encuentra en el mismo rango, porque no

se aleja mucho del valor obtenido en el motor 1, un bajo factor de potencia

similar y con las mismas características, bajo y atrasado.

Consideramos que con estas dos mediciones es suficiente muestreo para

proceder a hacer la corrección del bajo factor de potencia identificado en

nuestra experimentación.

11.2-Corrección

Este apartado representa la base de nuestra investigación, todo el estudio se

reduce a que nuestro cálculo a continuación sea el correcto.

Para llevar a cabo la corrección del factor de potencia, calculamos la

capacidad de los capacitores que nos ayudarían a compensar los reactivos

generados en el motor 1.

Los datos arrojados son los siguientes:

=

=

Ecuación 11.1

VA

De acuerdo a los datos que recopilamos, utilizamos la misma fórmula pero

para un F.P. de 0.9

=

=

Ecuación 11.2

198.2+j95.88VA

Con la potencia aparente nueva y vieja se conseguirá la relación de VAR que

se necesita el capacitor para corregir hasta .09 el F.P.

= - = -j130 VAR Ecuación 11.3


56

Con la capacitancia ya deducida ahora calcularemos los faradios que tendrá el

banco de capacitores.

C=

=

= 7.1 µf Ecuación 11.4

Como el banco de capacitores trabaja con 300v y será alimentado con 220, la

relación del capacitor cambia tendremos que aumentar la capacitancia para

compensar esa relación:

Ecuación 11.5

Ahora también hacemos la corrección del factor de potencia, calculamos la

capacidad de los capacitores que nos ayudarán a compensar los reactivos

generados en el motor 2.

Los datos arrojados son los siguientes:

=

=

Ecuación 11.6

VA

De acuerdo a los datos que recopilamos, utilizamos la misma fórmula pero

para un F.P. de 0.9

=

=

Ecuación 11.7

598.7+j289.6 VA

Con la potencia aparente nueva y vieja se conseguirá la relación de VAR que

se necesita el capacitor para corregir hasta .09 el F.P.

= - = -j408.92 Ecuación 11.8


57

Con la capacitancia ya deducida ahora calcularemos los faradios que tendrá el

banco de capacitores.

C=

=

= 22.4 µf Ecuación 11.9

Como el banco de capacitores trabaja con 300v y será alimentado con 220, la

relación del capacitor cambia tendremos que aumentar la capacitancia para

compensar esa relación:

Ecuación 11.10

Antes de proceder a la corrección y haber conseguido los capacitores que

tuvieran el valor de capacitancia necesaria para corregir el bajo factor de

potencia en cada caso se anexa la manera de conectar los dispositivos.

A continuación la figura 11.9 lo muestra:

“Se recomienda tener mucha precaución al conectar los capacitores, ya que

estos dispositivos son muy peligros al estar cargados y además que puedan

ser conectados en delta de manera correcta.”

Figura 11.9-Capacitores

conectados en delta


58

La conexión de los capacitores a la fuente de alimentación para motores y de esa manera corregir el bajo factor de

potencia es la siguiente:

Figura 11.10-

Conexión para

medición del

factor de

potencia con

un motor

trifásico con

capacitores

conectados en

delta entre sí y

en paralelo con

la carga

(motor) -


59

Datos para el análisis en instalación de baja tensión de 220 v trifásica con carga inductiva y banco de

capacitores

No. de lectura Fecha Hora Corriente L1 Corriente L2 Corriente L3 Voltaje

L1-N Voltaje

L2-N Voltaje

L3-N

1 23-10-2012 12:09:32 pm 1.46 A 1.42 A 1.45 A 125.32 v 127.12 v 123.33 v

2 23-10-2012 12:09:33 pm 1.46 A 1.42 A 1.46 A 125.73 v 126.80 v 124.5 v

3 23-10-2012 12:09:34 pm 1.46 A 1.42 A 1.45 A 126.12 v 127.13 v 123.9 v 4 23-10-2012 12:09:35 pm 1.46 A 1.42 A 1.45 A 125.32 v 128. 14 v 123,45 v

5 23-10-2012 12:09:36 pm 1.46 A 1.43 A 1.45 A 126.38 v 127.6 v 125.32 v

6 23-10-2012 12:09:37 pm 1.45 A 1.42 A 1.45 A 124.90 v 125.69 v 124.79 v

7 23-10-2012 12:09:38 pm 1.45 A 1.42 A 1.45 A 125.32 v 126.12 v 126.12 v

8 23-10-2012 12:09:39 pm 1.45 A 1.42 A 1.45 A 125.69 v 128.22 v 127.3 v

9 23-10-2012 12:09:40 pm 1.45 A 1.42 A 1.45 A 125.6 v 127.49 v 126.4 v

10 23-10-2012 12:09:41 pm 1.45 A 1.42 A 1.45 A 126.38 v 127.4 v 123.56 v

11 23-10-2012 12:09:42 pm 1.45 A 1.42 A 1.44 A 125.32 v 127.6 v 124.67 v 12 23-10-2012 12:09:43 pm 1.45 A 1.42 A 1.45 A 126.10 v 125.69 v 125.8 v

13 23-10-2012 12:09:44 pm 1.45 A 1.42 A 1.45 A 126.10 v 126.12 v 127 v

14 23-10-2012 12:09:45 pm 1.45 A 1.42 A 1.45 A 126.10 v 125.69 v 126.74 v


17 23-10-2012 12:09:48 pm 1.45 A 1.41 A 1.44 A 126.38 v 127.6 v 126.4 v

18 23-10-2012 12:09:49 pm 1.45 A 1.41 A 1.44 A 125.32 v 125.69 v 123.56 v


Tabla 11.3-Datos obtenidos después de la

corrección del factor de potencia


60

Datos para el análisis en instalación de baja tensión de 220 v trifásica con carga inductiva y banco de

capacitores (continuación tabla 11.3)

No. de lectura


Voltaje L2-L3

Voltaje L1-L3

Potencia activa-

Trifásica




Cos ѳ 1 23-10-2012 12:09:32 pm 222.48 v 224.05 v 221.43 v 510.81 W 549.50 VA 202.54 VAR .93

2 23-10-2012 12:09:33 pm 222.52 v 224.06 v 221.57 v 512.47 W 550.86 VA 202.04 VAR .93

3 23-10-2012 12:09:34 pm 222.52 v 224.13 v 221.60 v 507.27 W 545.66 VA 201.05 VAR .93

4 23-10-2012 12:09:35 pm 222.38 v 224.03 v 221.50 v 510.48 W 548.21 VA 199.86 VAR .93 5 23-10-2012 12:09:36 pm 222.50 v 224.19 v 221.63 v 511.07 W 548.82 VA 200.02 VAR .93

6 23-10-2012 12:09:37 pm 222.37 v 224.12 v 221.55 v 510.17 W 547.67 VA 199.17 VAR .93

7 23-10-2012 12:09:38 pm 222.43 v 224.17 v 221.72 v 510.97 W 548.31 VA 198.88 VAR .93


10 23-10-2012 12:09:41 pm 222.46 v 224.19 v 221.81 v 512.12 W 549.31 VA 198.67 VAR .93

11 23-10-2012 12:09:42 pm 222.38 v 224.00 v 221.65 v 510.81 W 546.96 VA 195.55 VAR .93


14 23-10-2012 12:09:45 pm 222.45 v 224.04 v 221.51 v 510.38 W 545.52 VA 192.62 VAR .93

15 23-10-2012 12:09:46 pm 222.44 v 224.12 v 221.60 v 510.43 W 545.01 VA 191.05 VAR .93

16 23-10-2012 12:09:47 pm 222.34 v 224.06 v 221.48 v 511.72 W 547.22 VA 193.87 VAR .93

17 23-10-2012 12:09:48 pm 222.34 v 224.05 v 221.49 v 511.10 W 546.11 VA 192.37 VAR .93

18 23-10-2012 12:09:49 pm 222.36 v 224.05 v 221.53 v 510.93 W 545.55 VA 191.24 VAR .93

19 23-10-2012 12:09:50 pm 222.41 v 224.06 v 221.54 v 510.77 W 545.28 VA 190.94 VAR .93

20 23-10-2012 12:09:51 pm 222.42 v 224.04 v 221.61 v 510.38 W 544.69 VA 190.26 VAR .93




tensión

61

La tabla 11.3 muestra valores al corregir los valores mostrados en la tabla 11.2

con mejoría, la capacitancia utilizada fue la obtenida de la ecuación 10.10 y

los valores mejorados son la corriente, la potencia aparente y la potencia

reactiva. Podemos decir que la corriente ha sido reducida en un 30% y la

potencia aparente y reactiva hasta un 70 % del valor obtenido en la medición

sin el banco de capacitores, notando así que los cálculos fueron hechos de una

manera correcta.

La tabla 11.4 también muestra valores con mejoría corrigiendo los obtenidos

en la tabla 10.1, pero en este caso la capacitancia utilizada fue la de al

ecuación 11.5 observando así que la corriente, la potencia aparente y reactiva

fueron reducidas de manera gratificante. Al igual que en la tabla 11.3 la

corriente fue reducida en un 30 % aproximadamente y la potencia aparente y

reactiva en un 70 % aproximadamente.

A continuación la imagen 11.11 y 11.12 muestran como fueron conectados los

capacitores tanto para la corrección del motor 1 como para la corrección del

motor 2.

Figura 11.11-Conexión de los

capacitores en delta

Figura 11.12-Conexión de los

capacitores en delta y en paralelo

con la carga (motor)


62

Datos para el análisis en instalación de baja tensión de 220 v trifásica con carga inductiva No. de lectura

Fecha Hora Corriente L1 Corriente L2 Corriente L3 Voltaje

L1-N Voltaje

L2-N Voltaje

L3-N

1 16-10-2012 7:30 am 1.5 A 1.6 A 1.3 A 128 v 132 v 135 v

2 16-10-2012 7:32 am 1.5 A 1.6 A 1.3 A 127 v 133 v 135 v

3 16-10-2012 7:34 am 1.5 A 1.6 A 1.3 A 127 v 133 v 135 v

4 16-10-2012 7:36 am 1.5 A 1.6 A 1.5 A 128 v 133 v 135 v

5 16-10-2012 7:38 am 1.5 A 1.6 A 1.5 A 128 v 133 v 135 v

6 16-10-2012 7:40 am 1.5 A 1.6 A 1.3 A 128 v 133 v 134 v

7 16-10-2012 7:42 am 1.5 A 1.6 A 1.3 A 128 v 133 v 134 v

8 16-10-2012 7:44 am 1.5 A 1.5 A 1.3 A 128 v 133 v 135 v

9 16-10-2012 7:46 am 1.5 A 1.5 A 1.3 A 127 v 132 v 135 v

10 16-10-2012 7:48 am 1.5 A 1.5 A 1.5 A 129 v 132 v 135 v

11 16-10-2012 7:50 am 1.4 A 1.4 A 1.4 A 128 v 132 v 135 v

12 16-10-2012 7:52 am 1.4 A 1.4 A 1.4 A 128 v 133 v 134 v




63

Datos para el análisis en instalación de baja tensión de 220 v trifásica con carga inductiva (continuación

tabla 4)

No. de lectura


Voltaje L1-L2

Voltaje L2-L3

Potencia activa-

Trifásica




Cos ѳ

1 16-10-2012 7:30 am 223 v 226 v 223 v 198 W 211 VA 79.1 VAR .92

2 16-10-2012 7:32 am 223 v 226 v 223 v 197 W 210 VA 79.1 VAR .92

3 16-10-2012 7:34 am 223 v 226 v 223 v 198 W 210 VA 79.1 VAR .92

4 16-10-2012 7:36 am 224 v 226 v 224 v 198 W 210 VA 79.1 VAR .92

5 16-10-2012 7:38 am 223 v 226 v 223 v 198 W 210.5 VA 80 VAR .92

6 16-10-2012 7:40 am 223 v 226 v 224 v 198 W 210.2 VA 80.3 VAR .92

7 16-10-2012 7:42 am 222 v 225 v 223 v 198 W 210 VA 79.1 VAR .92

8 16-10-2012 7:44 am 223 v 226 v 223 v 197 W 211 VA 80 VAR .92

9 16-10-2012 7:46 am 223 v 226 v 223 v 197 W 211 VA 80 VAR .92

10 16-10-2012 7:48 am 223 v 225 v 223 v 198 W 211 VA 80 VAR .91

11 16-10-2012 7:50 am 223 v 226 v 223 v 198 W 211 VA 80 VAR .91

12 16-10-2012 7:52 am 222 v 226 v 223 v 198 W 211 VA 80 VAR .91




tensión

64

Caso de estudio

De acuerdo al recibo

mostrado a la derecha se

obtuvo la siguiente

información:

Compañía: COMAPA DE NUEVO

LAREDO, RIB RÍO

BRAVO JTO PTA TRAT

AGUAS

Período de facturación: 29-2-2009 a 31-3-2009

Carga conectada (kW):

1,042

Demanda contratada

(kW):

550

Factor de potencia:

0.81

Cargo Factor de potencia:

$13,892.18

Ahora después de obtener todas las mediciones antes y después de la

corrección del factor de potencia se puede calcular las ganancias se

mencionaron en el diseño experimental:

Imagen 11.13 – Recibo de energía eléctrica

con cargo de factor de potencia


tensión

65

Cálculo por penalización del bajo factor de potencia mostrado en la tabla 10.2:

Penalización (%)=

[

]

Penalización (%)=20.59%

Con un factor de potencia de 0.9

Penalización (%)=

[

]

Penalización (%)= 0%

Como aproximadamente el factor de potencia es igual para los dos motores los

cálculos que se hicieron sirven para los dos casos.

Teniendo estos resultados observamos que la penalización si el factor de

potencia se corrige a 0.9 es del 0%. A nivel industrial si el pago de energía

eléctrica es de $200,000 y se tuviera un cargo del 20% el pago ascendería a

$240,000 y corrigiendo el factor de potencia solo serian los $200,000 de renta.

Ahora teniendo el valor de las corrientes mostrado en la tabla 10.2 de 2.1 A

aproximadamente, teniendo la corrección mostrada en la tabla 6 se obtiene un

valor de corrientes de 1.4, llegando a la conclusión que el calibre de las líneas

te transmisión disminuirá y por ende el precio del conductor disminuiría

proporcionalmente.


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66

12-RESULTADOS Y CONCLUSIONES

De acuerdo a las mediciones tomadas a lo largo de aproximadamente 3

semanas, los equipos de medición arrojaron datos de acuerdo a la teoría, se

observó que al tener conectada una carga inductiva (motores trabajando) a la

fuente de alimentación ésta provocaría que nuestro factor de potencia fuera

bajo.

Como se explicó en el marco de referencia la potencia reactiva (energía

generada por el calentamiento en las bobinas de los motores) es la causante

del problema del bajo factor de potencia; entonces, después de obtener los

datos necesarios se procedió a hacer el calculo de cuanta potencia reactiva era

la que demandaba la carga y así también identificar de cuanta capacidad

deberían ser el banco de capacitores para hacer que fuera compensada esa

potencia.

Entonces al conectar los capacitores en paralelo con la fuente de

alimentación se procede a hacer nuevas mediciones y los resultados mostrados

fueron favorables para nuestro análisis, ya que, el bajo factor de potencia fue

corregido a 0.9, teniendo como conclusión que nuestros cálculos y demás

mediciones fueron las correctos para llevar a cabo la experimentación y

comprobar nuestra primera hipótesis.

Después de tener resultados positivos en la medición también

comprobamos la segunda hipótesis según el cálculo establecido para la

penalización (con un bajo factor de potencia) o bonificación (con un alto

factor de potencia), indicando que después de la corrección del factor de

potencia en la instalación respectiva se olvida de la penalización que la

compañía suministradora aplica por dicho problema y cobrando solo la tarifa

normal de renta.

De igual manera se pudo analizar que, al tener resultados favorables

respecto a tener un mejor factor de potencia, la potencia requerida en el

sistema era menor, por tanto, se puede decir que el transformador a utilizar en

la instalación sea de menor capacidad y por ende menor costo; no solo eso,

también, si la potencia disminuye, la carga (corriente) requerida también

disminuye, generando una ventaja en cuanto a la selección del diámetro del


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67

conductor y así menos costo al realizar la instalaciones de las líneas de

transmisión en el sistema eléctrico al cual se esta monitoreando.

Al disminuir la carga (corriente) requerida hay una reducción de las

pérdidas en los conductores eléctricos del sistema, porque las perdidas de

potencia dependen de la resistencia del conductor y del cuadrado de la

corriente que lo atraviesa, entonces como el factor de potencia se ha elevado la

corriente es mas baja y así se tienen menos pérdidas.

Otro beneficio es tener una menor caída tensión entre fases (voltaje

concatenado), ya que cuando existe un bajo factor de potencia el ángulo de

desfasamiento entre la corriente y el voltaje es alto, provocando así que exista

una mayor caída de tensión y a medida que esto se corrige y el ángulo

disminuye casi llegando a 0, la caída de tensión es menor.

Según este estudio, procediendo a corregir el factor de potencia leído

podemos tener un ahorro de hasta un 30

Las observaciones que se pueden destacar es que al momento de hacer

la medición se observe como es que el dispositivo de medición debe de ir

conectado, ya que el mal procedimiento lleva a obtener resultados erróneos,

por eso es bueno también apoyarse con la teoría para verificar dichos

resultados.

También cabe aclarar que al realizar las mediciones, el experimentador

tiene que observar y estar consciente que para identificar el problema de bajo

factor de potencia tiene que existir una carga presente, lo que significa que

debe tener trabajando todos los elementos que el sistema eléctrico contenga. Si

es posible, se recomiendo hacer las mediciones mientras se trabaja o utiliza la

mayor cantidad de carga que el sistema pueda demandar.

Todo lo anterior se mostrará de manera gráfica y tabulada para la

comprensión del lector.


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68

Observar la tabla 13.1

Si corregimos el factor de potencia de una potencia total de 170kW con

un factor de potencia de 0.7 (se necesita un transformador de 250 kVA) a un

factor de potencia de 0.9 bastaría cambiar el transformador a 200 kVA que nos

reduciría un costo enorme a la hora de cotizarlo.

Observar la tabla 13.2

También si consideramos una carga que requiera una potencia de 170 kW con

un factor de potencia de 0.7, con un voltaje de 400 v, la corriente absorbida

será:

Tabla 13.1-Transformadores


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69

Si se elige un cable unipolar de cobre aislado de EPR y tendido

horizontalmente en bandeja perforada, en condiciones normales, es necesario

utilizar un sección de 120 mm² .

Efectuando la corrección del factor de potencia a 0.9, la corriente necesaria

será:

Se reducirá la sección del cable a 70 mm² y por ende será menor el costo al

hacer la compra de las líneas eléctricas.

Tabla 13.2-

Diametros de

los

conductores

para

instalaciones


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70

13-ANEXOS

13.1-ANEXO-1

Bibliografía:

1. ABB-Asea Brown Boveri, Sa, Cuadernillo de aplicaciones técnicas:

Corrección del factor de potencia y filtrado de armónicos en las instalaciones

eléctricas, pp. 3-20, Enero 2009.

2. CFE, Corrección del factor de potencia, única edición pp. 1-2, México,

2011.

3. Comisión Nacional para el Ahorro de la Energía, Información control de la

demanda, pp. 5-11 México, 2010.

4. ELSPEC, Capacitores en instalaciones eléctricas de baja tensión, pp. 1-4,

2006.

5. INELAP S.A de C.V. , Folleto-1-Factor de potencia-INELAP, pp. 1-18,

México, Enero del 2009.

6. J. D., Irwin, Basic Engineering Circuit Analysis, United States, Ed. Courier-

Kendalville, 2008.

7. J. M. Salgado Galicia, Número de documento: NRF-197-PEMEX-2008, pp.

6-8, Pemex, México, Mayo del 2008.

8. M. Early, J. Seehan y J. Caloggero, Código Electrónico Naciaonal-NEC-

1999 Massachusetts: Ed.One Batterymarch Park, pp. 55-60, 1999.

9. R. L. Boylestad, Introducción al análisis de circuitos, pp. 1248 México, Ed.

PEARSON EDUCACIÓN, 2005.


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71

10. Secretaría de energía, NOM-001-SEDE-2005, segunda edición, pp. 553-

555, lunes 13 de marzo del 2006.

11. SEMARNAT, Manual de Sistemas de Manejo Ambiental, segunda

edición, pp. 1-15, México, 2010.

12. Subsecretaría de Gestión Ambiental, Reglamento-PCB , pp. 1-13, México,

abril de 2005.

13. Universidad Nacional del Sur-Departamento de ingeniería eléctrica y de

computadoras,

Tipos de medición-Factor de potencia, pp. 1-3, México, 2003.


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13.2-ANEXO 2

Cronograma:

Tabla 2.Cronograma


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13.2-ANEXO 3

Presupuesto:

Egresos en Miles de Pesos MX

Material o Actividad Costos (Pesos MXN)

Honorarios de los investigadores 6,500

Amprobe 40,000

Libros 1,000

Viáticos 3000

Papelería 250

Asesorías 1000

Material Didáctico 1500

Laboratorio 4000

Mano de Obra (Hombre)

20000

Motor trifásico ½ HP

500

Motor trifásico 5 HP

5000

TOTAL

98,750

Ingresos en Miles de Pesos MX

Aportes de la Institución 66,500

Recursos Propios 32250

Total 98,750


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13.2-ANEXO 4-Manual de operación del Amprobe


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