PROYECTO DE TESISrepositorio.uasf.edu.pe/bitstream/UASF/326/1/TESIS LLAZA.pdf“PROPUESTA DE UN...
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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA SAN FRANCISCO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA TESIS “PROPUESTA DE UN MÓDULO DE COMPENSACIÓN DE LA ENERGÍA REACTIVA, BASADO EN UN BANCO DE CONDENSADORES, PARA MEJORAR EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN LA EMPRESA PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., AREQUIPA - PERÚ, 2019” Presentado por el Bachiller: ENRIQUE LLAZA IMATA Para obtener el título profesional de: INGENIERO MECÁNICO Asesor Ing. Daniel Alonso Reyes Dávila AREQUIPA - PERÚ 2020
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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA SAN FRANCISCO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA
TESIS
“PROPUESTA DE UN MÓDULO DE COMPENSACIÓN DE LA ENERGÍA
REACTIVA, BASADO EN UN BANCO DE CONDENSADORES, PARA
MEJORAR EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN LA EMPRESA
PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., AREQUIPA - PERÚ,
2019”
Presentado por el Bachiller:
ENRIQUE LLAZA IMATA
Para obtener el título profesional de:
INGENIERO MECÁNICO
Asesor Ing. Daniel Alonso Reyes Dávila
AREQUIPA - PERÚ
2020
2
DEDICATORIA
A mis seres queridos y amigos, que siempre me
han acompañado en mis esfuerzos de superación.
AGRADECIMIENTO
A todas las personas que de alguna manera me han
apoyado para la culminación de mi carrera
profesional.
3
EPÍGRAFE
Según Epifanio Canabal de GESTERNOVA
ENERGÍA, de España (2014) dice que, “Es necesario
destacar que un buen estudio técnico y económico de
la instalación, de sus cargas y componentes, de su
consumo de reactiva, de la presencia de armónicos,
así como de las posibles soluciones a éstos dos
últimos factores serán cruciales para ahorrar en
costes y tener una instalación mucho más optimizada
y eficiente”.
4
ÍNDICE
RESUMEN ....................................................................................................................... 7
ABSTRAC ........................................................................................................................ 8
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 9
CAPÍTULO I ...................................................... 11
PLANTEAMIENTO TEÓRICO ....................................... 11
1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ..................................................................... 12
1.1. Identificación del problema .......................................................................... 12
1.2. Enunciado del problema ............................................................................... 12
1.3. Descripción del problema............................................................................. 13
2. JUSTIFICACIÓN.................................................................................................... 13
2.1. Aspecto social .............................................................................................. 13
2.1. Aspecto tecnológico ..................................................................................... 13
2.2. Aspecto económico ...................................................................................... 14
3. ALCANCE .............................................................................................................. 14
4. ANTECEDENTES .................................................................................................. 15
5. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES ...................................................... 16
6. INTERROGANTES ................................................................................................ 16
7. MARCO REFERENCIAL ...................................................................................... 16
7.1. Conceptos Propios ........................................................................................ 16
7.2. Marco Institucional ...................................................................................... 20
7.3. Marco Teórico .............................................................................................. 23
8. OBJETIVOS............................................................................................................ 86
9. HIPÓTESIS ............................................................................................................. 86
CAPÍTULO II ...................................................... 87
PLANTEAMIENTO OPERACIONAL .................................. 87
1. CAMPO DE VERIFICACIÓN ............................................................................... 88
2. ESTRATEGIAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS .............................................. 88
2.1 Recolección de datos............................................................................................. 88
2.2 Tratamiento de los datos ....................................................................................... 89
2.3 Análisis de la información .................................................................................... 89
CAPÍTULO III ..................................................... 90
RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN .............................. 90
ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN .......................................................................... 115
CONCLUSIONES ........................................................................................................ 124
RECOMENDACIONES .............................................................................................. 125
PROPUESTA ............................................................................................................... 126
REFERENCIAS ........................................................................................................... 134
ANEXOS ...................................................................................................................... 135
PLAN DE TESIS .......................................................................................................... 136
FICHAS TÉCNICAS ................................................................................................... 156
MATRICES DE SISTEMATIZACIÓN DE DATOS .................................................. 159
5
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla Nº 1. Se da la importancia requerida a la compensación de energía reactiva ...... 91
Tabla Nº 2. El tipo de instalación, afecta la compensación de energía reactiva............. 92
Tabla Nº 3. La instalación de condensadores, mejora la compensación de energía
reactiva ...................................................................................................... 93
Tabla Nº 4. Influyen las instalaciones de condensadores, en la compensación de energía
reactiva ...................................................................................................... 94
Tabla Nº 5. La instalación de filtros armónicos, mejora la compensación de energía
reactiva ...................................................................................................... 95
Tabla Nº 6. Influyen las instalaciones de filtros armónicos, en la compensación de
energía reactiva.......................................................................................... 96
Tabla Nº 7. La compensación de energía reactiva optimiza los beneficios a la empresa97
Tabla Nº 8. Es importante considerar la optimización, para la compensación de energía
reactiva ...................................................................................................... 98
Tabla Nº 9. La optimización técnica de la instalación, contribuye con la compensación
de energía reactiva ..................................................................................... 99
Tabla Nº 10. La optimización técnica, determina la compensación de energía reactiva
................................................................................................................. 100
Tabla Nº 11. La optimización económica en una instalación, contribuye en la
compensación de energía reactiva ........................................................... 101
Tabla Nº 12. La optimización económica determina la compensación de energía reactiva
................................................................................................................. 102
Tabla Nº 13. Es importante la energía eléctrica en la producción alimenticia ............. 103
Tabla Nº 14. Sin energía eléctrica no puede haber producción alimenticia ................. 104
Tabla Nº 15. Influye el consumo de la energía eléctrica en la producción alimenticia 105
Tabla Nº 16. Se controla el suministro de energía eléctrica en la producción alimenticia
................................................................................................................. 106
Tabla Nº 17. Abastece el suministro de energía eléctrica a la producción alimenticia 107
Tabla Nº 18. Se monitoriza el consumo de energía eléctrica en la producción
alimenticia, mediante las facturaciones ................................................... 108
Tabla Nº 19. Es importante la demanda que genera en energía eléctrica, la producción
alimenticia ............................................................................................... 109
Tabla Nº 20. Se supervisa la demanda de energía eléctrica de la producción alimenticia
................................................................................................................. 110
Tabla Nº 21. Influyen los equipos en la demanda de la energía eléctrica, en la
producción alimenticia ............................................................................ 111
Tabla Nº 22. La optimización de equipos mejora la demanda de la energía eléctrica, en
la producción alimenticia ........................................................................ 112
Tabla Nº 23. Existe un control de energía eléctrica en la producción alimenticia ....... 113
Tabla Nº 24. La optimización del control, mejora la demanda de la energía eléctrica, en
la producción alimenticia ........................................................................ 114
6
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico Nº 1 .................................................................................................................... 91
Gráfico Nº 2 .................................................................................................................... 92
Gráfico Nº 3 .................................................................................................................... 93
Gráfico Nº 4 .................................................................................................................... 94
Gráfico Nº 5 .................................................................................................................... 95
Gráfico Nº 6 .................................................................................................................... 96
Gráfico Nº 7 .................................................................................................................... 97
Gráfico Nº 8 .................................................................................................................... 98
Gráfico Nº 9 .................................................................................................................... 99
Gráfico Nº 10 ................................................................................................................ 100
Gráfico Nº 11 ................................................................................................................ 101
Gráfico Nº 12 ................................................................................................................ 102
Gráfico Nº 13 ................................................................................................................ 103
Gráfico Nº 14 ................................................................................................................ 104
Gráfico Nº 15 ................................................................................................................ 105
Gráfico Nº 16 ................................................................................................................ 106
Gráfico Nº 17 ................................................................................................................ 107
Gráfico Nº 18 ................................................................................................................ 108
Gráfico Nº 19 ................................................................................................................ 109
Gráfico Nº 20 ................................................................................................................ 110
Gráfico Nº 21 ................................................................................................................ 111
Gráfico Nº 22 ................................................................................................................ 112
Gráfico Nº 23 ................................................................................................................ 113
Gráfico Nº 24 ................................................................................................................ 114
7
RESUMEN
Laborando varios años en mantenimiento de planta de producción, pude apreciar una
notable pérdida de energía eléctrica en el sistema de electricidad de la empresa de
PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., en su proceso de producción
de embutidos y derivados de carne, por lo que pensé implementar un módulo para el
ahorro de energía eléctrica.
Con mis conocimientos en esta área, y a mi trabajo de investigación para mi
bachillerato, quise que el módulo a proponer, esté fundamentado en un banco de
condensadores para estos procesos, con lo que se mejoraría el ahorro de energía
eléctrica, disminuyendo el consumo de energía eléctrica durante la elaboración de los
productos cárnicos, reducir los costos operativos, y reduciendo el impacto hacia el
medio ambiente durante el proceso de producción.
La principal actividad de la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN
E.I.R.L., es la fabricación de productos alimenticios, donde se emplea maquinaria y
equipos eléctricos, que generan energía reactiva, acrecentando el consumo de energía
eléctrica y teniendo una demanda de consumo eléctrico elevado, lo que incrementa los
costos de producción de los productos alimenticios, plasmados en los recibos de
adquisición de energía eléctrica elevados.
El consumo de energía eléctrica para estos productos alimenticios, se debe al uso de
máquinas y/o equipos eléctricos de carácter inductivo, que generan una energía reactiva
durando su operación, incrementando el consumo de energía eléctrica durante su
proceso, por lo que mi intención con este tema de tesis, fue la de presentar una
propuesta de un módulo de compensación de la energía reactiva, basado en un banco de
condensadores, para mejorar el ahorro de energía eléctrica en la empresa PRODUCTOS
ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., Arequipa - Perú.
Palabras Clave: Compensación, Electricidad, Alimentos, Consumo, Energía, Ahorro,
Equipos, Productos, Condensadores.
8
ABSTRAC
Working for several years in maintenance of the production plant, I was able to
appreciate a notable loss of electrical energy in the electricity system of the
PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., Company, in its production
process of sausages and meat derivatives, so I thought of implementing a module for
saving electrical energy.
With my knowledge in this area, and my research work for my baccalaureate, I wanted
the module to be proposed to be based on a capacitor bank for these processes, which
would improve electrical energy savings, reducing energy consumption electrical during
the production of meat products, reducing operating costs, and reducing the impact on
the environment during the production process.
The main activity of the company PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN
E.I.R.L., is the manufacture of food products, where electrical machinery and
equipment are used, which generate reactive energy, increasing the consumption of
electrical energy and having a high demand for electrical consumption, which increases
the production costs of food products, reflected in the receipts for the acquisition of
electrical energy.
The consumption of electrical energy for these food products is due to the use of
inductive electrical machines and / or equipment, which generate reactive energy during
its operation, increasing the consumption of electrical energy during its process, so my
intention with This thesis topic was to present a proposal for a reactive energy
compensation module, based on a bank of capacitors, to improve the saving of electrical
energy in the company PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L.,
Arequipa - Peru.
Keywords: Compensation, Electricity, Food, Consumption, Energy, Savings,
Equipment, Products, Capacitors.
9
INTRODUCCIÓN
Tomé a este tema para mi tesis, porque a lo largo de mi experiencia de trabajo, aprecié
que el diseño de un sistema de corrección del factor de potencia, pretende optimizar el
ahorro en el consumo de energía eléctrica, especialmente mediante el uso de banco de
condensadores, pero siempre brindando opciones en la automatización del proceso de la
eficiencia energética, tomando nuevas alternativas técnicas en la compensación de la
energía reactiva.
Ahora también conociendo los problemas de consumo de energía eléctrica de la
empresa de PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., me pareció
interesante tratar de optimizar el recurso energético en la empresa, aplicando aspectos
de la tecnología de la energía reactiva, mediante la corrección del factor de potencia por
medio de banco de condensadores, con el propósito de reducir los costos por facturación
de adquisición de la energía eléctrica, teniendo como consecuencia integrada la probable
reducción en los diferentes costos de producción, en la elaboración de embutidos y
derivados de carne.
En el Capítulo I, se desarrolla el problema de investigación, la justificación y los
antecedentes investigativos, la operacionalización de las variables y sus respectivas
interrogantes, así como importantes aportes teóricos en el marco referencial, incluyendo
conceptos propios y conocimientos adquiridos en la formación profesional, culminando
con los objetivos y la hipótesis planteada.
En el Capítulo II, se desarrolla las técnicas e instrumentos de recolección de datos, que
se utilizaron en la presente investigación, teniendo en cuenta la aplicación de los
instrumentos correspondientes, considerando la ubicación espacial y temporal, así como
especificando las preguntas determinadas en la encuesta, los aspectos de las
observaciones de campo, experimental y documental, así como los recursos que se
utilizaron y las unidades de estudio respectivas.
10
En el Capítulo III, se presenta la estrategia de recolección de datos, utilizada para el
trabajo de campo, detallando las respectivas fichas técnicas, incluyendo el tratamiento
que se dio a los datos, para que luego de obtener los resultados sistematizados, realizar
la interpretación objetiva de los resultados, finalizando con el análisis de la información,
que dio consistencia a las conclusiones y recomendaciones.
Es conveniente indicar que, en el análisis de la información, se tuvo muy en cuenta las
manifestaciones de los funcionarios y trabajadores, de la empresa de la PRODUCTOS
ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L. en la ciudad de Arequipa, con su amplia
experiencia en situaciones reales, obtenidas a lo largo de los muchos años de trabajo,
han sido fuente privilegiada para culminar este trabajo de investigación.
Finalmente se presentan las conclusiones y recomendaciones, una propuesta del perfil
de un módulo de compensación de energía reactiva proyectado, las referencias, tanto
bibliográficas como digitales, adjuntando los anexos correspondientes.
11
CAPÍTULO I
PLANTEAMIENTO TEÓRICO
12
1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
1.1. Identificación del problema
Me decidí por este tema para mi tesis, porque a lo largo de mi experiencia de
trabajo, aprecié que, con el diseño de un sistema de corrección del factor de
potencia, se puede optimizar el ahorro en el consumo de energía eléctrica,
mediante el uso de un banco de condensadores, brindando opciones en la
automatización del proceso de la eficiencia energética, tomando nuevas
alternativas técnicas en la compensación de la energía reactiva.
Asimismo, conociendo los problemas de consumo de energía eléctrica de la
empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., me pareció
interesante tratar de optimizar el recurso energético en la empresa, aplicando
aspectos de la tecnología de la energía reactiva, mediante la corrección del
factor de potencia por medio de un banco de condensadores, con el propósito
de reducir los costos por facturación de adquisición de la energía eléctrica,
teniendo como consecuencia integrada, la reducción de diferentes costos de
producción, en la elaboración de productos cárnicos alimenticios.
Me ayudó el hecho de haberme bachillerado en ingeniería mecánica, y
estudiado con énfasis en el área de formación de mecánica eléctrica, ya que,
con mis conocimientos y la política actual de eficiencia energética, era posible
y necesario plantear una posible solución a esta problemática, por supuesto que
con una propuesta de optimización adecuada.
1.2. Enunciado del problema
Inexistencia de un módulo de compensación de la energía reactiva, basado en
un banco de condensadores, que permita mejorar el ahorro de energía eléctrica
en la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L.,
Arequipa - Perú, 2019, que se pueda plasmar en la menor facturación por la
adquisición de la energía eléctrica durante su proceso.
13
1.3. Descripción del problema
a. Tipo de investigación
Esta investigación es del tipo de una investigación aplicada, ya que se va a
utilizar los resultados obtenidos, como una solución a un problema de alto
consumo de energía eléctrica, en los procesos de elaboración de productos
alimenticios de la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN
E.I.R.L., en Arequipa - Perú.
b. Nivel de investigación
El nivel de investigación, es el explicativo, ya que se va a tratar de dar una
presentación procedimental real, de algunos aspectos relacionados al
consumo de energía eléctrica reactiva, en los procesos de elaboración de
productos alimenticios de la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL
CATALÁN E.I.R.L., en Arequipa - Perú, que pueda dar solución al
problema planteado.
2. JUSTIFICACIÓN
2.1. Aspecto social
Desde el punto de vista social, se justificó la investigación, porque actualmente
la penalización por bajo factor de potencia se ha incrementado, y como
consecuencia las industrias afectadas pagan mucho más en su factura eléctrica
innecesariamente, tal es el caso de empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS
EL CATALÁN E.I.R.L. Los bancos de capacitores ayudan a compensar y
estabilizar el factor de potencia, adaptándose a las variaciones de carga;
redundando en un beneficio inmediato, al eliminar las causas de penalización
para las empresas.
2.1. Aspecto tecnológico
Desde el punto de vista técnico, se justificó la investigación, porque la
propuesta de un módulo de compensación basado en un banco de
condensadores, sobre todo si es mediante control automático para mejorar el
ahorro de energía de la empresa, mejorará la confiabilidad del sistema
14
eléctrico, reducirá el costo de su facturación de energía eléctrica y afrontará las
necesidades del crecimiento actual y futuro.
En las industrias del tipo de la de la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS
EL CATALÁN E.I.R.L., se hace mucho más frecuente la necesidad de utilizar
compensadores de potencia reactiva, debido a la diversidad de cargas
existentes de naturaleza inductiva.
2.2. Aspecto económico
Desde el punto de vista económico, se justificó la investigación, porque una
propuesta de un módulo de compensación de la energía reactiva, basado en un
banco de condensadores, permitirá obtener beneficios como: disminución
de las pérdidas en los conductores, reducción de las caídas de tensión,
aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores y líneas de
distribución, incremento de la vida útil de las instalaciones, un menor costo en
el consumo de energía eléctrica mensual para la empresa; ya que al mejorar el
factor de potencia, como lo que se lograría en la empresa EL CATALÁN
E.I.R.L., no se pagarían penalizaciones por mantener un bajo factor de
potencia, mejorando la calidad de la tensión eléctrica.
3. ALCANCE
La solución de este problema beneficiará a los dueños, trabajadores y público en
general, relacionados a la empresa EL CATALÁN E.I.R.L., porque contar con un
módulo de compensación de la energía reactiva, basado en un banco de
condensadores, traerá consigo beneficios como mejorar el ahorro de energía eléctrica
en la empresa, reducir los costos por facturación de adquisición de la energía
eléctrica, teniendo como consecuencia integrada la probable reducción en los
diferentes costos de producción, en la elaboración de productos cárnicos alimenticios.
Así mismo también se contribuye con la sociedad y el medio ambiente, a medida que
se promueva la eficiencia energética, lo cual será beneficioso para la economía de
nuestro país, y de la salud del medio ambiente, por ello es importante tomar
conciencia y ahorrar energía, sin renunciar a nuestro confort.
15
4. ANTECEDENTES
Tesis “UBICACIÓN OPTIMA DE BANCOS DE CONDENSADORES PARA
MEJORAR LA EFICIENCIA DE ENERGÍA EN SISTEMA DE BOMBEO DE LA
MINA ANIMON”, del Ing. Juan Rubén Ugarte Martínez, de la Universidad Nacional
del Centro del Perú, de Huancayo, Perú - 2018, cuya conclusión principal es: “Con la
instalación de Bancos de Condensadores evitaremos caídas de tensión en otras
barras de 0.48kV y 4.16kV del Sistema Eléctrico CHUNGAR como también el
aumento de las pérdidas en conductores y la Sobrecarga de transformadores,
generadores y líneas de distribución”, la que se va en tener en cuenta para el
desarrollo de la investigación.
Tesis “DISEÑO DE UN BANCO DE CONDENSADORES PARA LA
CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA DE LA EMPRESA
BANCHISFOOD S.A.”, del Ing. Fredy Santiago Llumiquinga Loya, de la
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA, de Quito, Ecuador - 2012, cuya
conclusión principal es: “Una vez calculado la potencia reactiva del banco de
condensadores se procedió a buscar en el mercado si existían, para de esta manera
tener datos reales de los costos, en algunos casos los valores calculados de potencia,
corriente no coincidían con los valores de los elementos que existen en el mercado”,
la que se tomará en cuenta para el desarrollo de la investigación.
16
5. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
6. INTERROGANTES
- ¿Influyen en las instalaciones de la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS
EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa, que la compensación de energía reactiva,
se realice con condensadores o con filtros armónicos?
- ¿Se puede optimizar la compensación de energía reactiva para la empresa EL
CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa, desde los puntos de vista técnico y
económico?
- ¿Cómo se controla el suministro y facturación, del consumo de energía eléctrica
en la producción alimenticia, en la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL
CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa?
- ¿Son suficientes los equipos y el control, de la demanda de la energía eléctrica
en la producción alimenticia, en la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL
CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa?
7. MARCO REFERENCIAL
7.1. Conceptos Propios
Compensación de energía reactiva
Es el proceso para reducir o eliminar la demanda de energía reactiva presente
en un sistema eléctrico, mediante la instalación de unos condensadores o filtros
armónicos, incrementando la ratio de la potencia activa/útil respecto a la total.
VARIABLE INDICADORES SUBINDICADORES
Compensación de energía
reactiva
Instalaciones Condensadores
Filtros armónicos
Optimización Técnica
Económica
Energía eléctrica en la
producción alimenticia
Consumo Suministro
Facturación
Demanda Equipos
Control
17
Producción
Se denomina producción a cualquier tipo de actividad destinada a la
fabricación, elaboración u obtención de bienes y servicios. En tanto la
producción es un proceso complejo, requiere de distintos factores que pueden
dividirse en grupos, a saber: la tierra, el capital y el trabajo.
Instalaciones
Es el acto y la consecuencia de instalar, referida a establecer o situar algo, en el
lugar debido. El término también puede aludir al conjunto de los elementos
instalados y al espacio que dispone, de todo lo necesario para el desarrollo de
una determinada actividad.
Optimización
Quiere decir buscar mejores resultados, más eficacia o mayor eficiencia, en el
desempeño de alguna tarea. De allí que términos sinónimos sean mejorar,
optimar o perfeccionar.
Consumo
Es la acción de utilizar y/o gastar un producto, un bien o un servicio para
atender necesidades humanas, tanto primarias como secundarias. En economía,
se considera el consumo, como la fase final del proceso productivo, cuando el
bien obtenido es capaz de servir de utilidad al consumidor.
Demanda
Es la cantidad de bienes y servicios que desean adquirir las empresas y los
hogares, dentro de una economía de mercado. Cuando se habla de demanda
agregada, dicha demanda incluye todos los posibles bienes y servicios. La
demanda, a su vez, se asocia con la curva de la demanda, que es la línea
representada en ejes cartesianos, donde la cantidad se expresa en el eje de
abscisas y el precio en el de las ordenadas.
Condensadores
Es un componente eléctrico que almacena energía eléctrica en forma de
diferencia de potencial, para liberarla posteriormente. También se suele llamar
capacitor eléctrico.
18
Filtros armónicos
La multiplicación de dispositivos electrónicos de potencia, ha creado la
necesidad de realizar frecuentemente el análisis de armónicos. Entre las
posibles soluciones para eliminar los armónicos, la solución más utilizada son
los filtros pasivos, asociación de condensadores e inductancias sintonizadas en
las frecuencias a eliminar.
Otra solución, es la correspondiente a los compensadores activos, dispositivos
electrónicos que aportan un gran nivel de funcionalidades. Una nueva solución
de filtrado asocia la tecnología activa y pasiva, como el filtro híbrido,
tecnología que une las ventajas de las soluciones precedentes y ofrece óptimos
resultados económicos.
Técnica
Es la manera en que un conjunto de procedimientos, materiales o intelectuales,
es aplicado en una tarea específica, con base en el conocimiento de una ciencia
o arte, para obtener un resultado determinado. También se conoce como
técnica, la destreza o habilidad particular de una persona, para valerse de estos
procedimientos o recursos.
Economía
Es una ciencia social que estudia la forma de administrar los recursos
disponibles, para satisfacer las necesidades humanas. Además, también estudia
el comportamiento y las acciones de los seres humanos.
Suministro
Consiste en una actividad que se desarrolla con el propósito de satisfacer las
necesidades de consumo de una estructura económica, ya sea empresa o
familia, dicho suministro debe efectuarse en tiempo y forma.
Facturación
Una factura es un documento de carácter mercantil que indica una compraventa
de un bien o servicio, y que, entre otras cosas, debe incluir toda la información
de la operación.
19
Equipos
Es la recopilación de materiales, suministros, aparatos o amueblado necesario,
para la creación de un sistema hombre-máquina eficaz.
Banco de condensadores
El aumento del factor de potencia mediante la tecnología de bancos de
condensadores se realiza con la finalidad de equilibrar las cargar reactivas y así
evitar las sanciones por parte de la empresa proveedora de energía eléctrica,
con esta tecnología se disminuyen las caídas de tensión, las pérdidas de
energía, y se amplía la capacidad de transmisión de potencia activa en los
conductores. Los Bancos de Condensadores pueden ser fijos o automáticos,
dependiendo del diagrama de carga de energía reactiva, de la potencia a
compensar, del nivel de tensión de la red eléctrica y del tipo de carga.
Eficiencia energética
La eficiencia energética es el uso eficiente de la energía, se da cuando se hace
uso de la energía eléctrica en menos cantidad para producir lo mismo sin
alterar nuestra producción.
También es importante mencionar que con esta práctica nos ayuda a ahorrar
dinero y mejorar nuestra economía, ya que al reducir los costos de producción
u operación de las empresas nos permite mejorar la competitividad de las
mismas, reduce los gastos de energía en las familias
Por otro lado, ayuda al cuidado del medio ambiente ya que disminuye el
consumo de recursos naturales, de manera que reduce el daño y la
contaminación al medio ambiente y contribuye al cuidado de nuestro planeta
ya que, no solo está en usar electrodomésticos que consuman menos, sino en
que seamos nosotros quienes consumamos menos.
Con la eficiencia energética contribuimos al desarrollo de nuestro país, ya que
disminuye la vulnerabilidad del país por dependencia de fuentes energéticas
externas, y fomenta una cultura de ahorro de energía y de hacer uso con
responsabilidad la energía eléctrica.
20
7.2. Marco Institucional
Resolución OSINERGMIN-182-2009-OS-CD
La presente Norma tiene por objeto establecer las Opciones Tarifarias y
Condiciones de Aplicación de las Tarifas a Usuario Final. Están comprendidos
dentro del alcance de la presente Norma, las empresas distribuidoras de
electricidad y los usuarios del servicio público de electricidad.
En particular, quedan incluidos los usuarios libres que decidan pertenecer a la
condición de cliente regulado de conformidad con la Primera Disposición
Complementaria Final de la Ley N° 28832, Ley para Asegurar el Desarrollo
Eficiente de la Generación Eléctrica, concordado con el artículo segundo del
Reglamento de la Ley de Concesiones Eléctricas, aprobado mediante Decreto
Supremo Nº 009-93-EM y el artículo tercero del Reglamento de Usuarios
Libres de Electricidad, aprobado por Decreto Supremo Nº 022-2009-EM.
Además, se tienen las siguientes normas nacionales sobre el tema:
✓ Decreto Ley N° 25844, Ley de Concesiones Eléctricas (LCE)
✓ Reglamento de la Ley de Concesiones Eléctricas (RLCE), aprobado por
Decreto Supremo N° 009-93-EM.
✓ Decreto Supremo N° 020-97-EM, Norma Técnica de Calidad de los
Servicios Eléctricos.
✓ Resolución Ministerial Nº 137-2009-MEM/DM, que establece el Sistema
de Medición Centralizada.
✓ Ley N° 28832, Ley para Asegurar el Desarrollo Eficiente de la
Generación Eléctrica.
✓ Decreto Supremo Nº 022-2009-EM, que aprueba el Reglamento de
Usuarios Libres de Electricidad.
✓ Ley N° 28749, Ley General de Electrificación Rural (LGER)
✓ Decreto Supremo N° 025-2007-EM que aprueba el Reglamento de la Ley
General de Electrificación Rural (RLGER)
21
✓ Resolución OSINERGMIN N° 423-2007-OS/CD, que fija los
presupuestos y cargos mensuales de reposición y mantenimiento de la
conexión eléctrica.
✓ Ley Nº 28307, Ley que modifica y amplia los factores de reducción
tarifaria de la Ley Nº 27510, Fondo de Compensación Social Eléctrica
(FOSE).
✓ Resolución OSINERGMIN N° 689-2007-OS/CD, Texto Único Ordenado
de la Norma Procedimiento de Aplicación del FOSE.
✓ Decreto Supremo Nº 006-2009-PCM, que aprueba el Texto Único
Ordenado de la Ley del Sistema de Protección al Consumidor.
Instalaciones eléctricas y sus componentes
El Sistema de Suministro de Energía Eléctrica, está conformado por el
conjunto de medios y elementos útiles para la generación, el transporte y la
distribución de la energía eléctrica. Este conjunto está dotado de mecanismos
de control, seguridad y protección. Constituye un sistema integrado que
además de disponer de sistemas de control distribuido, está regulado por un
sistema de control centralizado que garantiza una explotación racional de los
recursos de generación y una calidad de servicio acorde con la demanda de los
usuarios, compensando las posibles incidencias y fallas producidas.
Con este objetivo, tanto la red de transporte como las subestaciones asociadas a
ella pueden ser propiedad, en todo o en su mayor parte y, en todo caso, estar
operadas y gestionadas por una entidad independiente de las compañías
propietarias de las centrales generadoras y de las distribuidoras o
comercializadoras de electricidad.
Asimismo, el sistema precisa de una organización económica centralizada para
planificar la producción y la distribución a los distintos agentes del mercado,
tal como ocurre actualmente en muchos casos, existen múltiples empresas
participando en las actividades de generación, distribución y comercialización.
22
Medición de la energía eléctrica
La energía tiene las mismas unidades que la magnitud trabajo. En el Sistema
Internacional de unidades (SI), la unidad de trabajo y de energía es el julio (J),
definido como el trabajo realizado por la fuerza de un newton cuando desplaza
su punto de aplicación un metro.
Para la energía eléctrica se emplea como unidad de generación el kilovatio-
hora (kWh) definido como el trabajo realizado durante una hora por una
máquina que tiene una potencia de un kilovatio (kW). Su equivalencia es: 1
kWh = 36 × 105 J.
En la figura siguiente, se recogen los distintos componentes del sistema de
suministro eléctrico:
Para poder evaluar la «calidad energética» de las distintas fuentes de energía,
se establecen unas unidades basadas en el poder calorífico de cada una de ellas.
Las más utilizadas en el sector energético son: kilocalorías por kilogramo de
combustible (kcal/kg), tonelada equivalente de carbón (tec) y tonelada
equivalente de petróleo (tep).
23
Cálculo del consumo de energía eléctrica
El consumo de energía eléctrica se mide en kWh, siendo:
k = kilo = 1000
W = Watts = vatio = unidad de potencia
h = hora = unidad de tiempo
Un Kilovatio hora (kWh), es el equivalente a mantener un consumo de
potencia de 1000 vatios durante una hora, 1000 vatios es el equivalente a 10
lámparas de 100 vatios encendidas al mismo tiempo.
Medidores de inducción
Es un medidor en el cual, las corrientes en las bobinas fijas reaccionan con las
inducidas en un elemento móvil, generalmente un disco, haciéndolo mover. El
principio de funcionamiento es muy similar al de los motores de inducción y se
basa en la teoría de la relación de corriente eléctrica con los campos
magnéticos.
7.3. Marco Teórico
Instalaciones Eléctricas en Empresas Productivas (1)
El Sistema de Suministro de Energía Eléctrica está conformado por el conjunto
de medios y elementos útiles para la generación, el transporte y la distribución
de la energía eléctrica. Este conjunto está dotado de mecanismos de control,
seguridad y protección. Constituye un sistema integrado que además de
disponer de sistemas de control distribuido, está regulado por un sistema de
control centralizado que garantiza una explotación racional de los recursos de
generación y una calidad de servicio acorde con la demanda de los usuarios,
compensando las posibles incidencias y fallas producidas.
Con este objetivo, tanto la red de transporte como las subestaciones asociadas a
ella pueden ser propiedad, en todo o en su mayor parte y, en todo caso, estar
operadas y gestionadas por una entidad independiente de las compañías
24
propietarias de las centrales generadoras y de las distribuidoras o
comercializadoras de electricidad.
Asimismo, el sistema precisa de una organización económica centralizada para
planificar la producción y la distribución a los distintos agentes del mercado,
tal como ocurre actualmente en muchos casos, existen múltiples empresas
participando en las actividades de generación, distribución y comercialización.
El mantenimiento industrial se define como un proceso genérico que consiste
en un conjunto de acciones encaminadas a la preservación de la maquinaria, el
equipo y las instalaciones con el fin de que las mismas sigan sirviendo en
condiciones óptimas para el servicio que han sido adquiridas, evitando o
minimizando sus fallas durante su vida útil y aumentando su eficiencia.
Entre algunas de las instalaciones más comunes en las cuales la energía
eléctrica se manifiesta en los equipos podemos mencionar los motores
eléctricos y los generadores, la iluminación, las líneas eléctricas, las cajas de
conexión, los interruptores, etc.
Las fallas en los sistemas industriales que funcionan con energía eléctrica se
traducen en grandes pérdidas económicas, por lo que se hace necesario asociar
el mantenimiento con una tarea preventiva.
Normalmente, cuando se piensa en mantenimiento de instalaciones eléctricas
industriales pensamos en reparación de maquinaria que no funciona, sin
embargo, el mantenimiento no se centra en esa cuestión, sino en evaluar de
manera periódica el funcionamiento de cada uno de los circuitos eléctricos que
abastecen las máquinas de manera que se pueda detectar hasta el problema más
pequeño.
Cuando se produce un fallo en una instalación eléctrica esto es una advertencia
de un problema grave y una vez que está instalado el fallo el problema de
25
origen no suele ser difícil de detectar. El desafío en la detección de los
problemas en realidad se encuentra en la tarea de mantenimiento.
Cabe destacar que los problemas no se encuentran tan a la vista y es necesario
personas realmente cualificadas para detectar fallas pequeñas que luego pueden
llegar a convertirse en potenciales desastres.
Por eso es importante que el mantenimiento de las instalaciones eléctricas
industriales sea llevado a cabo por personas altamente cualificadas, en algunos
casos las instalaciones eléctricas industriales son de gran complejidad y una
persona sin experiencia en el mantenimiento de las mismas puede llegar a pasar
por alto potenciales problemas.
Una buena detección a tiempo de los problemas que afectan a una instalación
eléctrica puede llegar a salvarnos de tenerse que ver en la situación donde se
quiera o no sea necesario reemplazar una pieza por otra.
Debido a la especificidad de ciertas instalaciones eléctricas, hay que destacar
que es probable que en muchas ocasiones no se tengan los repuestos originales
de las piezas que se deben reemplazar, lo que supone tener que esperar a que la
pieza se importe o esté disponible. También es importante tener en cuenta que
a la hora de realizar las revisiones técnicas de algunas máquinas medianamente
complejas existe un protocolo.
Aunque para algunos seguir medidas de protocolo puede parecer innecesario,
cabe recordar, que las mismas están diseñadas con el fin de que no se salte
nada a la hora de llevar a cabo el chequeo y garantizar que la instalación se
encuentre funcionando de manera correcta.
A nivel industrial cuando una máquina entra en revisión siempre hay otra que
la reemplaza de manera que el servicio o la producción de determinado
producto no se vean afectados.
26
Fiabilidad, mantenibilidad y disponibilidad
Estas tres funciones se pueden enfocar de forma provisional (antes del uso) o
de manera operacional (durante o después del uso). Las tres funciones,
llamadas respectivamente R(t), M(t), D(t), son funciones de tiempo. En
mantenimiento es indispensable precisar la noción de tiempo. (1)
Tipos de Instalaciones (2)
A. Según su tensión
✓ Instalaciones de alta y media tensión
Son aquellas instalaciones en las que la diferencia de potencial entre dos
conductores es superior a 1000 voltios (1 kV). Generalmente son
instalaciones de gran potencia en las que es necesario disminuir las
pérdidas por efecto Joule (calentamiento de los conductores). En
ocasiones se emplean instalaciones de alta tensión con bajas potencias
para aprovechar los efectos del campo eléctrico, como por ejemplo en los
carteles de neón.
✓ Instalaciones de baja tensión
Son el caso más general de instalación eléctrica. En estas, la diferencia
de potencial máxima entre dos conductores es inferior a 1000 voltios (1
kV), pero superior a 24 Voltios.
✓ Instalaciones de muy baja tensión
Son aquellas instalaciones en las que la diferencia de potencial máxima
entre dos conductores es inferior a 24 Voltios. Se emplean en el caso de
bajas potencias o necesidad de gran seguridad de utilización. Además, la
muy baja tensión es mala para el uso de artefactos muy grandes en
cuanto a potencia, por lo cual se quema el circuito si es de muy baja
tensión.
B. Según su uso
✓ Instalaciones generadoras
Las instalaciones generadoras son aquellas que generan una fuerza
electromotriz, y, por tanto, energía eléctrica, a partir de otras formas de
energía.
27
La energía eléctrica, en corriente alterna, debe recorrer largos caminos
hasta llegar a los centros de consumo, sean estas plantas industriales o
bien ciudades, y para ello se utilizan las líneas de transmisión de alta
tensión y extra alta tensión. En la República Argentina esta red es
trifásica y de 500.000 voltios entre fases, o sea de 500 kV.
✓ Instalaciones de transporte
Artículo principal: Transmisión de energía eléctrica
Las instalaciones de transporte son las líneas eléctricas que conectan el
resto de instalaciones.
Pueden ser aéreas, con los conductores instalados sobre apoyos, o
subterráneas, con los conductores instalados en zanjas y galerías.
✓ Instalaciones transformadoras
Artículo principal: Subestación eléctrica
Las instalaciones transformadoras son aquellas que reciben energía
eléctrica y modifican sus parámetros, transformándola en energía
eléctrica con características diferentes.
Un claro ejemplo son las subestaciones eléctricas de transmisión y las
subestaciones eléctricas de distribución, centros de transformación en los
que se amplía y reduce la tensión, respectivamente, para su manejo y
empleo conveniente con tensiones de transporte (132 a 400 kV) a
tensiones más seguras para su utilización, que pueden ser desde 34 kV
hasta 6 kV.
✓ Instalaciones receptoras
Las instalaciones receptoras son el caso más común de instalación
eléctrica, y son las que encontramos en la mayoría de las viviendas e
industrias.
Su función principal es la transformación de la energía eléctrica en otros
tipos de energía. Son las instalaciones antagónicas a las instalaciones
generadoras. (2)
28
Influencia de los Condensadores en las Instalaciones Eléctricas (3)
Los condensadores son componentes eléctricos/electrónicos que almacenan
energía eléctrica. Los condensadores consisten en dos conductores que están
separados por un material aislante o dieléctrico.
Cuando se pasa una corriente eléctrica a través de un par de conductores, se
desarrolla un campo eléctrico estático en el dieléctrico que representa la
energía almacenada. A diferencia de las baterías, esta energía almacenada no se
mantiene indefinidamente, ya que el dieléctrico permite una cierta cantidad de
fuga de corriente que da como resultado la disipación gradual de la energía
almacenada.
Funcionamiento capacitor
Un banco de condensadores es una agrupación de varios condensadores
idénticos interconectados en paralelo o en serie entre sí según sea necesario.
La demanda de potencia se expresa en unidades de kilo Watt (kW) o Mega
Watt (MW). Esta potencia es suministrada por una subestación eléctrica. En el
sistema de alimentación alterna (CA), la potencia reactiva siempre entra en
juego.
Esta potencia reactiva se expresa en kilo VAR o Mega VAR. La demanda de
esta potencia reactiva se origina principalmente a partir de la carga inductiva
conectada al sistema.
Estas cargas inductivas generalmente son circuitos electromagnéticos de
motores eléctricos, transformadores eléctricos, inductancia de redes de
transmisión y distribución, hornos de inducción, etc. Esta potencia reactiva
debe ser compensada adecuadamente y es la relación entre la potencia real
consumida por la carga y la potencia total consumida. Es decir, la suma
vectorial de la potencia activa y reactiva del sistema se vuelve bastante baja.
29
Esta relación se conoce como el factor de potencia eléctrico y las relaciones
más bajas indican un factor de potencia deficiente del sistema.
Si el factor de potencia del sistema es pobre, la carga de amperios de la
transmisión, red de distribución, transformadores, alternadores y otros equipos
conectados al sistema, se vuelve alta para la potencia activa requerida. Por otro
lado, el usuario pagará mucho más de lo que realmente se está utilizando. Y,
por lo tanto, la compensación de potencia reactiva se vuelve tan importante.
Esto se hace comúnmente mediante la adición de un banco de condensadores.
En los circuitos de CA, el factor de potencia es la relación de la potencia real
que se utiliza para hacer el trabajo y la potencia aparente que se suministra al
circuito. La corrección del factor de potencia es un ajuste del circuito eléctrico
para llevar el factor de potencia lo más cerca de 1, conocido como factor de
potencia unitario.
El factor de potencia se define como la diferencia o desfase entre el voltaje y la
corriente, o simplificado como la relación entre la potencia real (P) y la
potencia aparente (S). La gente a menudo se referirá al factor de potencia como
adelantado o atrasado.
Factor de potencia
El factor de potencia atrasado es cuando la corriente se atrasa con respecto del
voltaje, esto significa que la forma de onda de la corriente se retrasa después de
la forma de onda del voltaje (y el ángulo del factor de potencia es positivo).
Factor de potencia de la unidad: se refiere al caso en que la corriente y el
voltaje están en la misma fase. Ni retrasado ni adelantado. La importancia
física del factor de potencia está en la impedancia de carga. Por lo general, las
cargas inductivas (por ejemplo, bobinas, motores, etc.) tienen factores de
potencia atrasados, las cargas capacitivas (por ejemplo, condensadores) tienen
factores de potencia adelantados y las cargas resistivas (por ejemplo,
calentadores) tienen factores de potencia cercanos a la unidad.
30
Un factor de potencia de uno o factor de potencia unitario es el objetivo de
cualquier empresa de servicios eléctricos, ya que, si el factor de potencia es
menor que uno, deben suministrar más corriente al usuario para una cantidad
determinada de consumo de energía. Al hacerlo, incurren en más pérdidas en la
línea. También deben tener equipos de mayor capacidad en lugar de lo que
sería necesario. Como resultado, a una instalación industrial se le cobrará una
multa si su factor de potencia es muy diferente de 1, dependiendo de la
legislación del país.
Las instalaciones industriales tienden a tener un «factor de potencia atrasado»,
donde la corriente es más atrasada que el voltaje (como un inductor). Esto es
principalmente el resultado de tener una gran cantidad de motores de inducción
eléctricos: los devanados de los motores actúan como inductores como los ve la
fuente de alimentación. Los condensadores tienen el efecto opuesto y pueden
compensar los devanados del motor inductivo. Algunos sitios industriales
tendrán grandes bancos de condensadores estrictamente con el propósito de
corregir el factor de potencia para ahorrar en los cargos de la compañía de
servicios públicos.
El factor de potencia cercano a 1 reducirá la potencia reactiva en el circuito y la
mayor parte de la potencia en el circuito será de potencia real. Esto también
reducirá las pérdidas de líneas eléctricas. Y, por supuesto, el usuario paga
precisamente por lo que está usando.
La corrección del factor de potencia generalmente se realiza agregando
condensadores al circuito de carga, cuando el circuito tiene componentes
inductivos, como un motor eléctrico.
Los bancos de capacitores funcionan con la misma teoría que un solo capacitor;
están diseñados para almacenar energía eléctrica, solo que a una capacidad
mayor que un solo dispositivo. Un condensador individual consta de dos
conductores que están separados por un material dieléctrico o aislante. Cuando
la corriente se envía a través de los conductores, se desarrolla un campo
eléctrico de naturaleza estática en el dieléctrico que actúa como energía
31
almacenada. El dieléctrico está diseñado para permitir una cantidad
predeterminada de fuga que disipará gradualmente la energía almacenada en el
dispositivo, que es una de las mayores diferencias entre los condensadores y las
baterías. (3)
Energía Reactiva de las Instalaciones Eléctricas (4)
Todas las máquinas eléctricas (motores, transformadores...) se alimentan, en
corriente alterna, para dos formas de consumo: el que transforman en potencia
activa, con las correspondientes pérdidas por efecto Joule (calentamiento), y el
correspondiente a la creación de los campos magnéticos, que denominamos
reactiva. La energía activa corresponde a la potencia activa dimensionada en
W, y se transforma íntegramente en energía mecánica (trabajo) y en calor
(pérdidas térmicas). Los receptores que absorben únicamente este tipo de
energía se denominan resistivos.
La energía reactiva corresponde a la energía necesaria para crear los campos
magnéticos que necesitan ciertos receptores para su funcionamiento (motores,
transformadores). Esta energía es suministrada por la red de alimentación o por
los condensadores instalados para dicha función.
En la práctica, los elementos reactivos de las corrientes de carga son
inductivos, mientras que las impedancias de las líneas de transporte y
distribución son capacitivas.
La combinación de una corriente inductiva que pasa a través de una reactancia
inductiva produce las peores condiciones posibles de caídas de tensión (es
decir, en oposición de fase directa con la tensión del sistema).
Debido a:
• Pérdidas eléctricas en los cables
• Caídas de tensión
Las compañías eléctricas intentan reducir, en sus redes de transporte, en la
medida de lo posible, la corriente reactiva. Las corrientes capacitivas tienen el
32
efecto inverso en los niveles de tensión y producen aumentos de tensión. La
potencia (kW) asociada con la energía activa se representa normalmente
mediante la letra P.
La potencia reactiva (kVAR) se representa mediante Q. La potencia
inductivamente reactiva suele ser positiva de manera convencional (+ Q)
mientras que la potencia capacitivamente reactiva aparece como una cantidad
negativa (– Q)
(S) representa los kVA de potencia aparente. La energía aparente es la
resultante de dos energías vectoriales, la activa y la reactiva.
Equipos que requieren energía reactiva
Todas las instalaciones y equipos de corriente alterna que tengan dispositivos
electromagnéticos, o devanados acoplados magnéticamente, necesitan corriente
reactiva para crear flujos magnéticos.
Los elementos más comunes de esta clase son los transformadores
inductancias, motores y lámparas de descarga (sus balastros).
La proporción de potencia reactiva (kVAR) con respecto a la potencia activa
(kW), variará en función del tipo de receptor; a modo de aproximación se
puede decir que:
o Un 65-75% para motores asíncronos
o Un 5-10% para transformadores
Triángulo de potencia
33
Como se puede observar en el triángulo de potencia, el factor de potencia o
Cos φ representa el valor del ángulo que se forma al representar gráficamente
la potencia activa (P) y la potencia aparente (S), es decir, la relación existente
entre la potencia real de trabajo y la potencia total consumida por la carga o el
consumidor conectado a un circuito eléctrico de corriente alterna.
Esta relación se puede representar también, de forma matemática, por medio de
la siguiente ecuación:
De aquí se define también que:
Q = Potencia reactiva inductiva (KVAR)
El resultado de esta operación será 1 o un número fraccionario menor que 1 en
dependencia del factor de potencia que le corresponde a cada equipo o
dispositivo en específico.
Ese número responde al valor de la función trigonométrica “coseno”,
equivalente a los grados del ángulo que se forma entre las potencias (P) y (S).
Si el número que se obtiene como resultado de la operación matemática es un
decimal menor que 1 (como por ejemplo 0,95), dicho número representará el
factor de potencia correspondiente al desfase en grados existente entre la
intensidad de la corriente eléctrica y la tensión en el circuito de corriente
alterna.
Lo ideal sería que el resultado fuera siempre igual a 1, pues así habría una
mejor optimización y aprovechamiento del consumo de energía eléctrica, o sea,
habría menos pérdida de energía no aprovechada y una mayor eficiencia de
trabajo en los generadores que producen esa energía.
S
PCos =
jQPS +=
34
En los circuitos de resistencia activa, el factor de potencia siempre es 1, porque
como ya vimos anteriormente en ese caso no existe desfase entre la intensidad
de la corriente y la tensión.
Pero en los circuitos inductivos, como ocurre con los motores, transformadores
de tensión y la mayoría de los dispositivos o aparatos que trabajan con algún
tipo de enrollado o bobina, el valor del factor de potencia se muestra con una
fracción decimal menor que 1, lo que indica el retraso o desfase que produce la
carga inductiva en la senoide correspondiente a la intensidad de la corriente
con respecto a la senoide de la tensión.
35
Valores del factor de potencia medios para las cargas más comunes (4)
Tipo de carga Cos φ Tan φ
■ Motor de inducción 0% 0,17 5,80
común cargado al 25% 0,55 1,52
50% 0,73 0,94
75% 0,80 0,75
100% 0,85 0,62
■ Lámparas incandescentes 1,0 0
■ Lámparas fluorescentes (no compensadas) 0,5 1,73
■ Lámparas fluorescentes (compensadas) 0,93 0,39
■ Lámparas de descarga de 0,4 a 0,6 de 2,29 a 1,33
■ Hornos que utilizan elementos de resistencia 1,0 0
■ Hornos de calentamiento por inducción 0,85 0,62
(compensados)
■ Hornos de calentamiento de tipo dieléctrico 0,85 0,62
■ Máquinas de soldar de tipo resistencia de 0,8 a 0,9 de 0,75 a 0,48
■ Conjunto monofásico fijo de soldadura 0,5 1,73
por arco
■ Conjunto generado por motor de soldadura de 0,7 a 0,9 de 1,02 a 0,48
por arco
■ Conjunto rectificador transformador de 0,7 a 0,8 de 1,02 a 0,75
de soldadura por arco
■ Horno de arco 0,8 0,75
Función de los Filtros Armónicos en las Instalaciones Eléctricas (5)
Las corrientes armónicas son los componentes similares de una corriente
eléctrica periódica descompuesta en la serie de Fourier. Los armónicos tienen
una frecuencia que es múltiplo (2, 3, 4, 5, …n) de la frecuencia fundamental
(50 ó 60 Hz en las redes eléctricas). El número “n” determina el rango de la
componente armónica. Se denomina “armónico del rango n” ala componente
armónica del rango correspondiente a “n” veces la frecuencia de la red.
36
Ejemplo: para una frecuencia fundamental de 50 Hz, el armónico de rango 5
presentará una frecuencia de 250 Hz.
Los armónicos de rango par (2,4, 6, 8…) no suelen estudiarse en los entornos
industriales porque se anulan gracias a la simetría de la señal alterna. Sólo se
tienen en cuenta en presencia de una componente continua. Por contra, las
cargas no lineales monofásicas tienen un espectro rico en componentes
armónicas de rango impar (3, 5, 7, 9…), algo que también sucede en las cargas
trifásicas conectadas en triángulo, salvo porque estas últimas no tienen
componentes de rango 3.
Además del rango, los armónicos se clasifican según su amplitud (indicada en
% con respecto a la fundamental) y su paridad (par o impar). Los armónicos,
que también tienen importancia en la compatibilidad electromagnética, forman
parte de las perturbaciones tratadas en la norma EN 50160 por lo que respecta a
la calidad del suministro eléctrico.
Espectro de frecuencias armónicas
Un elemento esencial del estudio es el espectro de frecuencias armónicas de la
señal; se trata de la representación gráfica que enumera los armónicos
presentes, la señal en frecuencia y en amplitud.
37
Espectro de cargas eléctricas
Debe tenerse en cuenta que además de los armónicos indicados anteriormente,
en las redes también se encuentran otros dos tipos de componentes
superpuestos ala onda fundamental. Los inter-armónicos que se caracterizan
por una frecuencia que no es múltiplo dela fundamental (por ejemplo: 175 Hz
no es múltiplo de 50 Hz), y los infra-armónicos los cuales presentan una
frecuencia inferior a la de la red.
Los primeros, aunque sólo están presentes en una pequeña cantidad, pueden,
por ejemplo, perturbar las señales de control a distancia enviadas por los
distribuidores de energía eléctrica, mientras que los últimos suelen deberse a
los convertidores de ciclo, los hornos de arco o los variadores de velocidad.
38
Medición de los armónicos presentes en una red
La resultante de los armónicos normalmente se explica por la distorsión
armónica total (THD: Total Harmonics Distortion). El cálculo de THD permite
calificar globalmente el nivel de contaminación de una red en tensión o en
corriente.
Visualización de la distorsión armónica (THD) en un analizador de red
Ejemplo de niveles de perturbación de armónicos en tensión
Normalmente se utilizan los métodos de cálculo. La CEI 61000-2-2 define el
THDF como la relación (indicada en porcentajes) entre el valor eficaz de las
componentes armónicas y la amplitud de la fundamental:
En cuanto al THDR definido según la norma DIN, representa la distorsión
armónica en relación al valor eficaz real:
( )1
22
3
2
2 ...
I
IIITHD
n
F
+++=
( )( )22
1
2
0
22
2
2
0
...
...
n
n
R
III
IIITHD
+++
+++=
39
Debe tenerse en cuenta que, si bien los valores obtenidos mediante los dos
métodos son equivalentes en casos de distorsiones reducidas, difieren mucho
cuando los valores son importantes.
Influencia de los armónicos sobre los parámetros medidos en la red
a) Influencia sobre el factor de potencia
Característico del receptor eléctrico, el factor de potencia es igual a la
potencia activa consumida por el equipo eléctrico dividida por el producto
de los valores eficaces de la corriente y de la tensión (potencia aparente).
Siempre está comprendido entre el 1 y el 0.
Si la corriente y la tensión son funciones generales del tiempo, el factor de
potencia es igual al coseno del desfase entre la corriente y la tensión (Cos
φ).
En presencia de corrientes armónicas importantes, esto ya no se cumple,
debido a la presencia de una potencia distorsionante.
La potencia activa se obtiene de donde
I1 es el valor eficaz de la corriente fundamental y cosϕ1 es el factor de
desplazamiento (DPF, Displacement Power Factor) que representa el
desfase entre fundamental de la tensión y fundamental de la corriente.
S
PFP =
11 CosIUP =
40
Corrientes armónicas
Por una parte, la potencia aparente se obtiene de
donde Q es la potencia reactiva Q = U. I1. senϕ1 y D es la potencia
deformante D2 = U12.Ih2 donde Ih es el valor eficaz del conjunto de
armónicos de rango superior a 1 de la corriente.
Por eso:
b) Influencia sobre el factor de cresta
Como relación entre el valor de cresta y el valor eficaz, el factor de cresta
equivale a la raíz cuadrada de 2 en régimen senoidal.
En presencia de armónicos, puede alcanzar valores muy superiores. Así, un
factor de cresta más elevado exige, entre otros elementos, un aparato de
medición más sensible y por consiguiente mayor precisión en el circuito de
conversión.
Ordenador equipado de una fuente de alimentación conmutada
( )222 DQP
PFP
++=
( )222 DQP
PFP
++=
41
Efectos generales de los armónicos sobre las redes eléctricas
Generados por los consumidores, los armónicos de corriente se propagan en las
redes y crean distorsiones de la onda de tensión en las impedancias de las
líneas. Estas deformaciones de la tensión se redistribuyen a los usuarios de
todo el conjunto de la red del proveedor de energía eléctrica. El armónico de
rango 3 merece especial atención en el caso de las redes trifásicas.
En efecto, las corrientes de armónicos de rango 3 y sus múltiplos están en fase,
y se suman de forma vectorial en el conductor de neutro (In= I1 + I2 + I3). Si
los receptores están formados principalmente por cargas informáticas, las
corrientes de rango 3 y de rangos múltiplos de 3 se suman en el conductor
neutro, lo que genera una corriente de neutro un 130% más elevada que las
corrientes de fase.
En las corrientes trifásicas, las corrientes armónicas de rango 3 están en fase
Por eso es importante dimensionar correctamente la sección del neutro. Sin
embargo, debido a una práctica habitual en la que, por ahorrar costes, se instala
un cable de neutro con una sección dos veces inferior a la de las fases, hay
muchas instalaciones expuestas a las consecuencias de los armónicos. En las
normas de instalación, como NF C15100 en el caso francés, se indica
42
actualmente una sección correspondiente a la corriente del neutro eventual, que
puede ser superior a la sección de los conductores de las fases.
Visualización como tabla o gráfica en el software CONTROL VISIÓN de
SOCOMEC de los armónicos del analizador de red seleccionado rango por rango
Condición TN-C: En un régimen TN-C, las funciones de conductor neutro y de
protección se aseguran mediante un mismo conductor denominado PEN. Si hay
corrientes armónicas de rango 3 y múltiplos de 3 importantes que circulan en
ese conductor y las armaduras metálicas, es posible constatar variaciones de
potencial que influyen en la electrónica de receptores sensibles, o incluso la
creación de bucles magnéticos que generan tensiones o corrientes inducidas en
los circuitos (contaminación CEM/ECM).
Efectos de los armónicos sobre los equipos
Sobre los transformadores: La circulación de corrientes armónicas implica
pérdidas por efecto joule y pérdidas magnéticas suplementarias. De acuerdo
con la norma NF EN 50464-3, se aplica una desclasificación de la potencia
aparente del transformador según la fórmula siguiente:
con
ncacióndesclasifi SKS =
2
1
2
2
1
2
1
11
++=
=
=
Nn
n
nq
I
In
I
I
e
eK
43
En máquinas giratorias: demás de pérdidas por efecto joule y pérdidas
magnéticas suplementarias, la presencia de tensiones armónicas puede provocar
pares pulsatorios y, de rebote, vibraciones mecánicas perjudiciales además de
una disminución del rendimiento mecánico del motor.
Por norma general, el factor armónico de tensión (HVF) debe ser inferior al 2%.
Este factor se calcula con la fórmula siguiente:
En baterías de condensadores: La instalación de baterías de condensadores en
una instalación eléctrica puede implicar una resonancia paralela que amplifique
las corrientes armónicas presentes en la instalación. Este riesgo depende
principalmente de la potencia de cortocircuito de la instalación y del valor
capacitivo del sistema de compensación. En tal caso, pueden circular corrientes
armónicas intensas en los condensadores y provocar el envejecimiento
prematuro de sus componentes.
En dispositivos de medida:
Las corrientes armónicas también pueden perturbar la medida de los equipos no
inmunizados asociados a equipos de corte y de protección, a controladores
permanentes de aislamiento y aparatos de medida.
Ejemplo de instalación que genera armónicos en la red
%2
1
1
2
2
1
=
=
=
n
n
n
nV
V
HVF
44
Soluciones para controlar la contaminación por armónicos
Existen protecciones para protegerse de los efectos nocivos de los armónicos; lo
importante es saber cuantificar los efectos y adaptar las medidas de protección
en función de la sensibilidad relativa del proceso industrial y de los receptores
presentes en la instalación. Esto se debe a que cada receptor presenta un nivel de
inmunidad diferente ante perturbaciones armónicas. Además, algunos receptores
pueden incluso emitir contaminación armónica.
Gracias a todas estas medidas, es posible realizar un diagnóstico preciso de la
instalación.
A partir de ahí, todo es cuestión de método, recomendando el enfoque siguiente:
- Diagnóstico de la instalación en cuestión: campaña de mediciones y
determinación del nivel de armónicos. Las centrales de medidas actuales,
normalmente denominadas PMD (Performance & Power Monitoring Device
de acuerdo con las normas EN o CEI 61557-12), suelen realizar un análisis de
armónicos no sólo por rango sino también global (THD). Gracias a la
memoria integrada, los PMD pueden memorizar las alarmas además de los
valores mínimo y máximo. Por último, miden de forma continua la corriente
del neutro.
- Modelizado y caracterización del fenómeno, posterior estudio técnico-
económico para recomendar las soluciones y las opciones.
- Puesta en práctica de las soluciones materiales. Verificación de su efecto con
las mediciones apropiadas.
- Mantenimiento del rendimiento de la instalación en el tiempo mediante un
contrato de mantenimiento y/o de control de calidad de la energía, o incluso
del rendimiento energético. (5)
Aspectos Generales de la Compensación de Energía Reactiva (6)
Una inversión de alta rentabilidad
Cuando hablamos de ahorro y de eficiencia energética hemos oído hablar de
la energía reactiva. Siempre nos han explicado que reduce la eficiencia de las
instalaciones, que es mala para la red eléctrica y, sobre todo, que si consumimos
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energía reactiva tenemos una penalización en la factura eléctrica. Desde el
punto de vista de la distribución eléctrica, tanto de la industria dedicada a su
generación como de la propia industria que la consume, la existencia de la
energía reactiva no es asumible desde un punto de vista económico.
Es por ello, que sucesivos Reales Decretos permiten a las compañías eléctricas la
aplicación de penalizaciones en sus facturas según el nivel de energía reactiva.
Un alto consumo de energía reactiva se produce como consecuencia de:
• Un gran número de motores.
• Presencia de equipos de refrigeración y aire acondicionado.
• Por una mala planificación y operación en el sistema eléctrico de la
industria.
• Un mal estado físico de la red eléctrica y de los equipos de la industria.
El consumidor final debe prever que esto no suceda o que se aminore al
máximo; el consumo de reactiva hace que se tenga menor capacidad en la red
eléctrica para la demanda de otros usuarios, por lo que las Compañías
Distribuidoras cobran este exceso a una tarifa muy alta.
La inmensa mayoría de los consumidores realizan la corrección del factor de
potencia por razones puramente económicas, la compensación de la energía
reactiva permite una disminución considerable de la factura eléctrica.
Durante los primeros meses después de la instalación de un equipo de corrección
del factor de potencia (Batería de Condensadores), el ahorro en la factura se
destina a sufragar los gastos de la compra e instalación de la misma.
Una vez pasados estos meses, el funcionamiento del equipo revierte en una
disminución de los costes fijos de la empresa, por lo tanto:
✓ Reducen la factura de eléctrica.
✓ Mejoran el rendimiento de la instalación, ahorrando en inversiones para
ampliación de líneas, protecciones y cuadros en general.
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✓ Con la disminución de la energía necesaria para el funcionamiento de las
empresas se contribuye a la mejora del medioambiente al ser menor la
cantidad demandada a la red.
La Industria actualmente está corrigiendo este factor, instalando baterías de
condensadores para compensar la potencia reactiva consumida en ella,
generando esta compensación de forma local en el propio consumidor. La mayor
compensación se produce cuanto más cerca del consumo se coloque la batería de
condensadores.
Compensación de reactiva de motores.
Los motores constituyen entre el 5% al 70% de la demanda industrial de energía
eléctrica. La potencia reactiva es necesaria para producir el flujo
electromagnético que pone en funcionamiento elementos tales como: motores,
transformadores, lámparas fluorescentes, equipos de refrigeración, etc…
Cuando la cantidad de estos equipos es apreciable, el requerimiento de potencia
reactiva también se hacen significativos, produciendo una caída del factor de
potencia. Por esto, la compañía eléctrica facturará un exceso de consumo de
potencia reactiva debido a la mayor capacidad de generación de ésta.
Un motor es una carga inductiva por tanto demanda Potencia Reactiva; que
puede ser compensada mediante baterías de condensadores.
Esta compensación nos proporciona un Factor de Potencia adecuado que
conlleva las siguientes ventajas:
• Los condensadores son instalados por cada carga
• El uso de arrancadores proporciona el control para los condensadores.
• Los condensadores son puestos en servicio solo cuando el motor está
trabajando.
• Mayor potencia disponible
• Penalización de hasta un 120% en la factura
• Cables de sección inferior
• Disminución de transformadores, generadores y líneas de distribución
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• Menores caídas de tensión
Toda batería de condensadores debe poseer las siguientes características:
✓ Sistema modular rack de fácil extracción a partir de 100 kVAr. Facilita la
reparación parcial de la batería de condensadores dejando el resto en
marcha para no perder el nivel de compensación del factor de potencia.
✓ Ventilación forzada mediante turbina extractora y termostato de mínima a
partir de 100 kVAr para garantizar la circulación de aire en el interior del
equipo.
✓ Termostato de máxima de seguridad para altas temperaturas, para evitar
funcionamiento de los condensadores frente a elevadas temperaturas.
✓ Medición de los parámetros de la instalación, tensión, intensidad, potencia
reactiva, nivel de armónicos, temperatura interior, marcando máximos y
mínimos.
✓ Condensadores con envolvente de aluminio donde se garantiza la máxima
evacuación de calor necesaria para su funcionamiento, además de
ventilación forzada incluida en los armarios medianos y grandes.
✓ Resistencias integradas en bornes para evitar contactos directos.
✓ Metalización del polipropileno en rampa para mejorar la circulación de la
corriente eléctrica.
✓ Baterías reforzadas RCD, preparadas para la instalación de filtros de
armónicos en caso necesario.
✓ Sistema modular mediante rack adaptables a armarios. (6)
Fundamentos de la Optimización Técnica Dentro de la Compensación de
Energía Reactiva (7)
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Curva de potencia reactiva calculada requerida en función del tiempo (6:03 am
del 4 de marzo a 6:03 am del 5 de marzo del 2010)
Los datos expuestos en la tabla son los kVAr necesarios por día de trabajo (24
horas), estos datos están expresados de la siguiente manera:
✓ Demanda mínima de potencia reactiva 46,51 VAr/día
✓ Demanda máxima de potencia reactiva 8848 VAr/día
✓ Demanda media de potencia reactiva 4080 VAr/día
Estos son los valores necesarios de potencia reactiva que necesitará la planta
para no incurrir en penalizaciones mediante un banco de condensadores.
Cuando la demanda de potencia reactiva es mínima en el período de tiempo de
23:03 pm del 04 de marzo al 05:48 am del 05 de marzo, se presenta un factor de
potencia por encima de 0,92 lo cual hace que en este período se obtenga un
factor de potencia cercano a la unidad; debido a que no hay cargas que
demanden de potencia reactiva.
Estos valores se presentan en todo el período de análisis del 03 de marzo al 06
de marzo, por ende, si se alimenta con potencia reactiva máxima o media se
tendrá siempre una sobrecompensación; por tal motivo no es necesario ningún
tipo de compensación en este período (23:03 pm del 04 de marzo al 05:48 am
del 05 de marzo).
Al realizar una compensación con los 8848 VAr de demanda máxima como se
muestra en la figura; en este caso se tendrá una sobrecompensación durante todo
el día ya que esta potencia reactiva no es requerida durante todo el período de
análisis, por ejemplo: en el período donde se demande de potencia reactiva
media se tendría una sobrecompensación y solo en el período donde se tenga una
demanda de potencia reactiva máxima se la estará compensando.
Si se aplica una compensación fija con 4080 VAr ésta se adaptará a la demanda
de potencia reactiva media que hay en la empresa, pero con la desventaja de que
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en ciertas horas el sistema eléctrico de la planta se encontraría sobrecompensada
y subcompensada.
Compensación fija
Debido a que se compensará una instalación en la que la potencia reactiva a
compensar tiene muchas fluctuaciones, se analizará la utilización de una
compensación que se adapte en cada momento a las necesidades de potencia
reactiva de la instalación, es decir, a la demanda de kVAr.
Se pudo observar que la curva de demanda de potencia reactiva calculada, es
totalmente variable, utilizando el concepto de compensación automática y
aplicando en el diseño del banco de condensadores automático, se pretenderá
entregar a cada momento del día la potencia reactiva necesaria que requiere el
sistema eléctrico de la empresa, evitando de este modo una sobrecompensación
o una subcompensación.
De esta forma se necesitará una potencia reactiva de 8848 kVAr o una de valor
al inmediato superior en este caso de 9 kVAr, el mismo que permitirá asegurar
un factor de potencia de 0,98 cuando se tenga una carga máxima; la cual se lo
realizará mediante tres condensadores en paralelo de 3kVAr. Se utilizará para el
diseño un banco de condensadores de 3 pasos (1:1:1), es decir, se tendrá un
banco de condensadores automático de tres pasos de 3 kVAr cada uno, ya que al
conectar cada paso se completará los 9 kVAr requeridos.
Se seleccionarán condensadores trifásicos de este valor, puesto que en el
mercado no existen de menor capacidad, por ende, a mayor número de pasos el
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ajuste es más fino; dado que cada paso del condensador es más pequeño
permitiendo lograr un valor lo más cercano a 0,98 entonces cada vez que el
controlador de factor de potencia detecte un bajo factor de potencia mandará una
señal a los contactores; permitiendo suministrar potencia reactiva de acuerdo a
las necesidades de la planta.
En el caso de que el controlador de factor de potencia detecte un factor de
potencia normal es decir mayor a 0,92 no accionará ningún contactor lo cual
asegurará que no se produzca una sobrecompensación al momento que se tiene
una demanda de carga mínima en el cual se requiere de una mínima potencia
reactiva.
Compensación automática de tres pasos (1:1:1)
Cuando se presente una demanda mínima de carga se requerirá de un valor de
potencia reactiva mínima debido a que el factor de potencia es cercano a la
unidad por consiguiente el controlador de factor de potencia necesitará del ajuste
del parámetro C/K (sensibilidad) el cual presenta un valor de 0.1 a 1. Por
ejemplo: si se fija un valor de C/K de 0,66 el condensador de 3 kVAr actuará
únicamente cuando los requerimientos de potencia reactiva excedan los 2 kVAr
(0,66*3000 ≈ 2); esto asegurará que cuando se presente una demanda de carga
mínima no se produzca una sobrecompensación.
Además, el controlador de factor de potencia al detectar un factor de potencia
mayor al fijado dejará automáticamente de entregar potencia reactiva al sistema
eléctrico de la planta.
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El ajuste del parámetro C/K permitirá el accionamiento de los pasos siguientes,
una vez accionado el primer paso y si el controlador de factor de potencia
detecta un Cosφ medio, accionará el siguiente paso y se tendrá una potencia
reactiva de 6 kVAr. De igual manera cuando el controlador de factor de potencia
detecte un valor de Cosφ mínimo accionará el siguiente paso suministrando los 9
kVAr. Finalmente se logrará que en cualquier momento del día se tenga un
factor de potencia lo más cercano a 0,98. (7)
Importancia de la Optimización Económica en la Compensación de Energía
Reactiva (8)
Se puede determinar la especificación óptima de los condensadores de
compensación para una instalación existente a partir de las siguientes
consideraciones principales:
❖ Facturas de electricidad anteriores a la instalación de los condensadores.
❖ Estimación de las próximas facturas eléctricas
❖ Costos de: adquisición de condensadores y equipos de control (contactores,
reguladores, armarios, etc.).
❖ Costos de instalación y mantenimiento
❖ Costo de las pérdidas de calor dieléctricas en los condensadores frente a las
pérdidas reducidas en los cables, transformador, etc., tras la instalación de los
condensadores. (8)
Tipos de Banco de Condensadores para el Ahorro de Energía, por la
Compensación de Energía Reactiva (9)
La unidad de un banco de condensadores normalmente se llama unidad de
condensador. Las unidades de condensador se fabrican como unidad monofásica.
Estas unidades monofásicas están conectadas en estrella o delta para agrupar un
banco completo de capacitores trifásicos. Aunque algunos fabricantes de
unidades de condensadores trifásicos raros, pero las unidades de condensadores
normalmente disponibles son de tipo monofásico.
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❖ Banco de condensadores con fusibles externos.
❖ Banco de condensadores con fusibles internos.
❖ Fusible menos banco de condensadores.
❖ Vamos a discutir estos tipos de banco de condensadores uno por uno.
Banco de condensadores con fusibles externos (9)
En esto tipo de banco de condensadores, la unidad fusible se proporciona a cada
condensador Unidad externa. En caso de fallo en cualquier unidad, el fusible
provisto externamente de esa unidad se fundirá. A medida que el sistema de
fusión desconecta la unidad de condensador defectuosa, el banco continuará su
servicio sin ninguna interrupción.
En este tipo de unidades de condensador están conectadas en paralelo.
Como hay varias unidades de condensador conectadas Paralelamente por fase
del banco de condensadores, si falla una unidad, no habrá mucho efecto en el
rendimiento de todo el banco. Como falta una unidad de condensador en una
fase, la capacitancia de esa fase será menor que la de las otras dos fases.
Esto dará lugar a un mayor voltaje en otras dos fases del banco. Si la capacidad
de una unidad de condensador en un banco es lo suficientemente baja, entonces,
en ausencia de cualquier unidad en el banco, no habrá mucho desequilibrio de
voltaje. Por esta razón, la clasificación VAR por unidad de condensador en un
banco está restringida hasta un límite específico.
En el banco de condensadores con fusibles externos, la unidad defectuosa se
puede identificar fácilmente identificando la unidad de fusibles fundidos a través
de una inspección visual. La clasificación de la unidad de condensador suele ser
de 50 kVAr a 40 kVAr.
El principal inconveniente de este tipo de banco de condensadores es que, ante la
falla de cualquier unidad de fusibles, se detectará un desequilibrio, incluso todas
las unidades de condensadores del banco están en buen estado.
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Banco de condensadores de fusión interna
Todo el banco de condensadores está construido en un solo arreglo. Según la
clasificación de todo el banco, varios elementos de condensador están
conectados en paralelo y en serie.
Cada uno de los elementos del condensador está protegido individualmente con
una unidad de fusible. A medida que los fusibles y los elementos del
condensador se colocan dentro de la misma carcasa, el banco se denomina banco
de condensadores con fusibles internos.
En esto tipo de banco de condensadores, cada elemento capacitor es muy
pequeño en calificaciones, de modo que, si alguno de los elementos está fuera de
servicio, no habrá un efecto notable en el desempeño del banco. El banco de
condensadores con fusibles internos puede funcionar satisfactoriamente, incluso
más de un elemento de condensador está fuera de servicio.
El principal inconveniente de este banco es que, ante la falla de muchos
elementos de condensadores, se debe reemplazar todo el banco. No hay alcance
para el reemplazo de una sola unidad. La principal ventaja es que es bastante
fácil de instalar y también de mantener.
Banco de condensador menos fusible
En este tipo de banco de condensadores se requiere el número de las unidades de
fusible están conectadas en serie para agrupar una cadena de condensadores.
Luego, el número requerido de estas cadenas se conecta en paralelo al banco de
capacitores de la granja por fase.
Luego, tres bancos similares por fase se conectan en estrella o delta para agrupar
todo el banco de condensadores trifásicos. Las unidades de las cadenas de
condensadores no están protegidas en absoluto por ningún arreglo de fusión
interno o externo. En este sistema, si una de las unidades de una cadena falla
debido a un cortocircuito, no habrá un cambio notable en la corriente a través de
esta cadena, ya que hay muchos otros condensadores conectados en serie a lo
largo de esta ruta.
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Como el efecto de la unidad de cortocircuito en la cuerda es lo suficientemente
pequeño, el banco puede funcionar durante un tiempo prolongado antes de
reemplazar la unidad defectuosa.
Esta es la razón por la que no se requiere un fusible para aislar la unidad
defectuosa del sistema en este tipo de banco de condensadores Inmediatamente
después la unidad se vuelve defectuosa.
Ventajas del banco de condensadores
Las principales ventajas del banco de condensadores menos fusible, son:
- Son menos costosos que los bancos de condensadores fusionados.
- Requieren menos espacio en comparación con el banco de condensadores
fusionados.
- Menos posibilidades de falla de ave, falla de serpiente o falla de rata ya que el
cable de interconexión se puede aislar adecuadamente en el banco de
condensadores sin fusibles.
Desventajas del banco de condensadores
También hay algunas desventajas del fusible menos del banco de condensadores.
Cualquier falla de tierra en el banco, unidad, como la falla del buje, la falla de
aislamiento entre el tanque y la parte viva del capacitor, se deben despejar
inmediatamente disparando el freno de circuito asociado con este banco ya que
no hay provisión de ningún fusible.
Para el reemplazo de cualquier unidad de condensador, solo se requiere un
repuesto idéntico. No puede ser manejado por la unidad de condensador estándar
disponible. Por lo tanto, debe haber suficiente stock de unidades de
condensadores idénticos disponibles en el sitio, lo cual es una inversión
adicional.
En algún momento se vuelve difícil localizar la unidad defectuosa real del banco
solo mediante inspecciones visuales. Entonces, el tiempo requerido para
reemplazar la unidad defectuosa real será mayor.
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Sofisticado sistema de relé y control es esencial para el banco de condensadores
menos fusible. El sistema de relé del banco también debe ser capaz de disparar
las interrupciones del circuito asociadas con él en caso de que se produzca un
fallo de la alimentación de entrada al relé.
Se requiere un reactor externo para limitar la corriente transitoria en el
condensador (9)
Módulo de Compensación de Energía Reactiva en las Instalaciones Eléctricas
de una Empresa Productiva (10)
Aunque la energía reactiva requerida por las cargas inductivas no se transforma
en trabajo útil, debe ser generada, transportada y distribuida por la red eléctrica.
Esto obliga al sobredimensionado de transformadores, generadores y líneas, e
implica la existencia de pérdidas y caídas de tensión. Por esta razón, las
compañías eléctricas penalizan el consumo de energía reactiva, aplicando
recargos. Los condensadores eléctricos instalados en la proximidad de las cargas
inductivas producen la energía reactiva requerida por éstas. Su conexión a una red
eléctrica se denomina compensación o mejora del factor de potencia (Cosφ), y
constituye el método más económico, rápido y seguro de proporcionar la energía
reactiva requerida.
Las ventajas obtenidas con la mejora del factor de potencia son las siguientes:
✓ Supresión de recargos en la factura de energía eléctrica. El ahorro en la
factura eléctrica conseguido por la supresión de los recargos de energía
reactiva, permite una rápida amortización de la instalación de condensadores,
generalmente en un periodo entre 12 y 18 meses.
✓ Disminución de las pérdidas de energía activa en los cables
✓ Mayor potencia disponible en el secundario de los transformadores
✓ Reducción de las caídas de tensión (elevación de tensión en los finales de
línea).
En la operación de los sistemas eléctricos de potencia de alta tensión se presentan,
de vez en cuando, situaciones tales como una demanda anormal de reactivos, esto
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es, que dicha demanda sobrepasa la aportación que de ellos hacen algunos
elementos de la red, obligando a los generadores a bajar su factor de potencia para
suministrar los reactivos complementarios.
El objetivo de la compensación reactiva es que la potencia aparente sea lo más
parecida posible a la potencia activa.
El costo de generar, transmitir y transformar los reactivos, en el camino a su
consumo, invita a realizar algunas consideraciones con respecto a los elementos
que consumen estos reactivos, imponiendo la necesidad de localizar, operar y
proyectar los equipos compensadores, de tal forma que estos no alteren el
funcionamiento normal del sistema al cual se conecta.
Los mecanismos de compensación más empleados son:
a. Compensación de potencia reactiva mediante máquinas sincrónicas.
Las máquinas sincrónicas pueden funcionar como aportadores de potencia
reactiva funcionando en vacío, siendo en este caso conocidos como capacitores
sincrónicos.
La generación de potencia reactiva depende de la excitación, necesitando ser
sobreexcitados para poder satisfacer sus propias necesidades de energía
reactiva y entregar a su vez energía reactiva al sistema, es decir un motor
síncrono diseñado para trabajar en vacío y con un amplio rango de regulación,
estas máquinas síncronas son susceptibles de trabajar con potencia reactiva
inductiva o capacitiva según el grado de excitación del campo.
Si están sobre excitadas se comportan como condensadores. Por el contrario, si
están sub-excitadas se comportan como inductancias.
La potencia de un condensador sincrónico en condiciones de sobre- excitación
está limitada por la temperatura, en condiciones de sub- excitación, la potencia
queda limitada por la estabilidad de la máquina.
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Este tipo de compensación no es muy utilizada, se utiliza sólo en el caso de que
existan en la instalación motores sincrónicos de gran potencia (mayores a 200
HP) que funcionan por largos períodos de tiempo.
b. Compensación de potencia reactiva mediante CEV
Un compensador estático de VAr (CEV), se emplea para compensar potencia
reactiva usando un control de la magnitud de tensión en un bus particular de un
sistema eléctrico de potencia.
Estos dispositivos comprenden el banco de capacitores fijo o conmutado
(controlado) o un banco fijo y un banco de reactores conmutados en paralelo,
se emplean principalmente en alta tensión debido a la conmutación para
controlar la compensación.
c. Compensación de potencia reactiva mediante bancos de capacitores.
Este método es el que se utiliza en la actualidad en la mayoría de las
instalaciones industriales dado que es más económico y permite una mayor
flexibilidad. Se pueden fabricar en configuraciones distintas.
Sin embargo, son muy sensibles a las armónicas presentes en la red, los bancos
de capacitores elevan el factor de potencia, con lo cual aumenta la potencia
transmitida por la línea porque no necesita conducir la potencia reactiva. (10)
Influencia del Suministro en el Consumo de Energía Eléctrica (11)
El sistema de suministro eléctrico comprende el conjunto de medios y elementos
útiles para la generación, el transporte y la distribución de la energía eléctrica.
Este conjunto está dotado de mecanismos de control, seguridad y protección.
Constituye un sistema integrado que además de disponer de sistemas de control
distribuido, está regulado por un sistema de control centralizado que garantiza
una explotación racional de los recursos de generación y una calidad de servicio
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acorde con la demanda de los usuarios, compensando las posibles incidencias y
fallas producidas.
Con este objetivo, tanto la red de transporte como las subestaciones asociadas a
ella pueden ser propiedad, en todo o en parte y, en todo caso, estar operadas y
gestionadas por un ente independiente de las compañías propietarias de las
centrales y de las distribuidoras o comercializadoras de electricidad.
Asimismo, el sistema precisa de una organización económica centralizada para
planificar la producción y la remuneración a los distintos agentes del mercado si,
como ocurre actualmente en muchos casos, existen múltiples empresas
participando en las actividades de generación, distribución y comercialización.
En la figura siguiente, se pueden observar en un diagrama esquematizado las
distintas partes componentes del sistema de suministro eléctrico:
I
M
P
O
R
T
A
N
Diagrama esquematizado del sistema de suministro eléctrico
En los sistemas de suministro eléctrico centralizados, la energía eléctrica se
genera en las centrales eléctricas. Una central eléctrica es una instalación que
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utiliza una fuente de energía primaria para hacer girar una turbina que, a su vez,
hace girar un alternador, generando así electricidad.
En los sistemas de suministro eléctrico distribuidos, la energía eléctrica se
produce (recolecta) tanto en centrales eléctricas como en muchos de los propios
nodos consumidores, que son capaces de revertir su excedente energético a la
red para abastecer a otros.
El hecho de que la electricidad, a nivel industrial, no pueda ser almacenada y
deba consumirse en el momento en que se produce, obliga a disponer de
capacidades de producción con potencias elevadas para hacer frente a las puntas
de consumo con flexibilidad de funcionamiento para adaptarse a la demanda.
La red de transporte es la encargada de enlazar las centrales con los puntos de
utilización de energía eléctrica.
Para un uso racional de la electricidad es necesario que las líneas de transporte
estén interconectadas entre sí con estructura de forma mallada, de manera que
puedan transportar electricidad entre puntos muy alejados, en cualquier sentido y
con las menores pérdidas posibles.
Este transporte puede hacerse con líneas de corriente alterna o corriente directa
Las instalaciones llamadas subestaciones son plantas transformadoras que se
encuentran junto a las centrales generadoras (Estación elevadora) y en la
periferia de las diversas zonas de consumo, enlazadas entre ellas por la Red de
Transporte. En estas últimas se reduce la tensión de la electricidad de la tensión
de transporte a la de distribución.
Desde las subestaciones ubicadas cerca de las áreas de consumo, el servicio
eléctrico es responsabilidad de la compañía suministradora (distribuidora), que
ha de construir y mantener las líneas necesarias para llegar a los clientes. Estas
líneas, realizadas a distintas tensiones, y las instalaciones en que se reduce la
tensión hasta los valores utilizables por los usuarios, constituyen la red de
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distribución. Las líneas de la red de distribución pueden ser aéreas o
subterráneas.
Los Centros de Transformación, dotados de transformadores o
autotransformadores alimentados por las líneas de distribución en Media
Tensión, son los encargados de realizar la última transformación, efectuando el
paso de las tensiones de distribución a la Tensión de utilización
El punto que une las redes de distribución con las instalaciones interiores de los
clientes se denomina Instalación de Enlace y está compuesta por: Acometida,
Caja general de protección, Líneas repartidoras y Derivaciones individuales.
La Interrupción de Alimentación es la condición en la que el valor eficaz de la
tensión en los puntos de suministro no supera el 10 por 100 de la tensión
declarada.
La continuidad de suministro es el contenido de la calidad de servicio relativo al
número y duración de las interrupciones de suministro de duración superior a
tres minutos.
Los Indicadores de Continuidad de Suministro son los índices numéricos
definidos al efecto de medir el número y/o la duración de las interrupciones de
duración mayor de tres minutos que afectan a los clientes.
El TIEPI (Tiempo de Interrupción Equivalente de la Potencia Instalada) es el
tiempo de interrupción equivalente de la potencia instalada en media tensión (1
kV < V S 36 kV).
El Percentil 80 del TIEPI es el valor del TIEPI que no es superado por el 80 por
100 de los municipios del ámbito provincial, dentro de cada tipo de zona (zona
urbana, zona semiurbana, zona rural). El TIEPI mide la calidad del suministro
eléctrico.
La frecuencia de la red es el resultado del equilibrio entre la generación y el
consumo en tiempo real. Requiere un ajuste permanente de la generación para
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adaptarse a la demanda. Ello se lleva a cabo gracias a la regulación primaria,
secundaria y terciaria, cada una actuando a distintos horizontes temporales. (11)
Influencia del tipo de Consumo de Energía Eléctrica en su Facturación (12)
La energía eléctrica que consumimos se mide en kilovatios-hora (kWh). Este
consumo se registra en nuestros contadores. Esta cantidad, sin embargo, no es la
única que determina el importe de nuestra factura. El importe total también
depende de la potencia que tenemos contratada en nuestra vivienda a la
compañía comercializadora.
La potencia contratada está directamente relacionada con el consumo
instantáneo máximo que puede haber en la vivienda, es decir, con la cantidad de
equipos eléctricos que pueden funcionar en la vivienda al mismo tiempo.
A continuación, veremos cómo se configura la factura eléctrica y de qué
parámetros depende cada parte. También veremos algunas modalidades
diferentes de facturación.
Al final realizaremos una comparación de los costos de facturación de la
electricidad en el Estado con la media europea y otros países significativos.
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Facturación de la electricidad
Los costos que cubre la factura eléctrica
La factura eléctrica promedio que se paga cada mes en Europa, debe cubrir todos
los costos generados por el suministro de energía eléctrica en nuestros hogares.
Normalmente pensamos que nuestra factura sirve para cubrir el costo de
generación de la energía eléctrica, pero este no es el único costo cargado en
nuestra factura.
El dinero recaudado mediante nuestra factura eléctrica se destina a cubrir:
• Los costos de generación de electricidad. Las instalaciones de generación
tienen costes de construcción, mantenimiento y funcionamiento. Las unidades
que aprovechan los flujos de energía renovable no requieren combustibles
para generar electricidad, pero otras, como las centrales térmicas de carbón, o
los ciclos combinados de gas natural, necesitan un combustible para poder
generar electricidad, y estos combustibles tienen un costo importante.
• El transporte y la distribución de electricidad a través de las redes eléctricas.
Estos costes se denominan peajes de acceso a las redes de transporte y
distribución. Las empresas que gestionan las redes de distribución y
transporte de electricidad son diferentes de las que generan la electricidad.
• Otros costos, denominados cargos. Estos costos son determinados por la
administración, y están relacionados en gran medida con la política
energética. Los cargos cubren:
✓ el régimen retributivo de algunas unidades de generación a partir de
fuentes de energía renovables, cogeneración de alta eficiencia y residuos;
✓ el sobrecoste de la generación eléctrica en las islas Canarias y Baleares;
✓ el coste de los mecanismos de capacidad;
✓ el coste financiero del déficit del sistema eléctrico.
Del mismo modo, la factura eléctrica no cubre algunos costes que pueden ser
difíciles de evaluar, pero son seguramente muy importantes, como, por ejemplo:
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• Costos de reciclado y recuperación de los materiales utilizados en las
infraestructuras energéticas.
• Costos derivados del agotamiento de recursos energéticos no renovables, que
deberían destinarse a poner en marcha alternativas de origen renovable.
• Costos impuestos por la necesaria neutralización de determinados impactos
medioambientales, como por ejemplo los derivados de la emisión de gases de
efecto invernadero.
Términos de energía y potencia de la factura eléctrica (13)
Los costes cubiertos por nuestra factura eléctrica, es decir, los costes de
generación de electricidad, los peajes de acceso y los cargos, están distribuidos
en nuestra factura en dos componentes básicos:
• El término de energía, componente de nuestra factura proporcional a la
energía eléctrica consumida en el período de facturación.
• El término de potencia, componente proporcional a la potencia contratada por
la persona consumidora.
Por tanto, nuestra factura eléctrica depende no solo de la electricidad que
consumimos, sino también de la potencia que tenemos contratada.
Esta estructura de la factura eléctrica nos ofrece dos vías para reducir su importe:
• Reducción del término de energía, consumiendo menos energía eléctrica. Esto
lo lograremos si utilizados iluminación, electrodomésticos y equipamiento
más eficiente, o reducimos sus periodos de uso.
• Reducción del término de potencia, mediante la reducción de la potencia
contratada a la compañía distribuidora. Esta reducción limita la cantidad de
equipos, electrodomésticos, etc. que pueden estar en funcionamiento a la vez.
Es importante tener claro que la factura eléctrica no solo cubre los costos
directos de generación de la electricidad, sino también otros costos que hay que
cubrir, aunque se consuma menos electricidad, o no se consuma electricidad en
absoluto.
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Son, por ejemplo, los costos asociados al mantenimiento de la infraestructura de
transporte y distribución, o los costos de mantener ociosa la capacidad de
generación que se pondrá en funcionamiento en los picos de demanda, ya que la
electricidad no se puede almacenar a gran escala y toda la electricidad debe ser
generada instantáneamente en el momento de su consumo.
Costos regulados y precios fijados en el mercado libre
El mercado eléctrico es un mercado liberalizado, en el que el precio de la
electricidad se determina por la ley de la oferta y la demanda. Este precio de la
electricidad fijado por el mercado es la componente principal del costo de
producción de la electricidad, integrado a su vez en el término de energía de
nuestra factura.
Pero otras componentes de nuestra factura no son fijadas directamente por el
mercado, sino que son costes regulados por la administración. Las redes de
transporte y distribución de electricidad, por ejemplo, suponen monopolios
naturales en los que no hay un mercado libre posible que pueda determinar los
precios de acceso. Como alternativa, la administración evalúa los costes de estos
servicios, y establece los correspondientes peajes de acceso a las redes de
transporte y distribución a ser cobrados a los consumidores finales.
Otros cargos del sistema eléctrico, como la retribución de apoyo a la generación
a partir de fuentes de energía renovables, cogeneración de alta eficiencia y
residuos, o el sobrecosto de la generación eléctrica no peninsular, o el costo
financiero del déficit eléctrico, son también costos regulados por la
administración.
Comercializadoras que operan en el mercado libre y comercializadoras con
precios regulados
Parte de los conceptos que pagamos en nuestra factura eléctrica está
determinados por el mercado eléctrico fundamentalmente la producción de
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electricidad, mientras que otros conceptos están regulados por la administración.
Todos ellos se suman en la factura que pagamos a la empresa distribuidora.
Esta empresa se encarga de cobrarnos cada mes por la energía consumida y la
potencia que tenemos contratada, y de canalizar los pagos correspondientes: los
costos de producción de la electricidad a las compañías que generan la
electricidad, los peajes de acceso a las redes de transporte y distribución, los
cargos, el alquiler de nuestro contador, los impuestos, etc., junto a su legítimo
margen de beneficio.
Las empresas distribuidoras, a su vez, pueden funcionar en dos regímenes
diferentes.
➢ Comercializadoras de mercado libre. La comercialización de electricidad está
liberalizada, y aunque algunos de los costes eléctricos estén regulados, las
empresas comercializadoras tienen libertad para fijar sus políticas de precios,
aplicando descuentos, u ofreciendo una estabilidad en el precio final que no
dependa de la evolución del precio de la electricidad en el mercado libre.
➢ Comercializadoras de referencia. Estas comercializadoras comercializan la
electricidad a sus clientes a un precio regulado por la administración. Esta
tarifa regulada se denomina
El Precio Voluntario al Pequeño Consumidor (PVPC)
El PVPC es la tarifa regulada de suministro eléctrico vendido por las
comercializadoras de referencia.
El PVPC es una tarifa regulada, que integra tantos costos regulados (los peajes y
cargos) como costos fijados a través de precios de mercado (el costo de
producción de la electricidad).
A continuación, detallamos la estructura y componentes de la tarifa PVPC, así
como las diferentes modalidades y características. Más adelante señalaremos las
similitudes y diferencias con respecto a las tarifas ofrecidas por las
comercializadoras libres.
66
Características generales de la tarifa PVPC
➢ La tarifa PVPC está disponible para consumidores con una potencia
contratada no superior a 10 kW, tanto en monofásico como trifásico.
➢ En monofásico, las potencias posibles a contratar están organizadas en
escalones de 1,15 kW (ó 5 A×230 V), hasta 9,2 kW (= 8×1,15 kW). En el
rango de potencias más bajas hay escalones intermedios. La siguiente tabla
muestra las potencias normalizadas para los suministros en baja tensión:
Potencias normalizadas
Existen tres modalidades diferentes de tarifa en función de la
discriminación horaria:
▪ Tarifa 2.0A: tarifa sin discriminación horaria. El término de energía de la
factura no varía en función de la hora del día.
▪ Tarifa 2.0DHA: tarifa con discriminación horaria en dos tramos;
▪ 10 h/día de punta (12:00-22:00 en invierno; 13:00-23:00 en verano)
▪ 14 h/día de valle.
▪ Tarifa 2.0DHS: tarifa con discriminación horaria en tres tramos;
67
▪ 10 h/día de punta (13:00-23:00)
▪ 8 h/día de llano (7:00-13:00 y 23:00-1:00)
▪ 6 h/día de supervalle (1:00-7:00).
En cada tramo de discriminación horaria cambia el término por el que se
multiplica la energía consumida para el cálculo del término de energía.
En las tarifas con discriminación horaria (2.0DHA y 2.0DHS) la electricidad es
más barata si no se consume en el tramo de punta.
Esto nos ofrece una tercera vía para reducir el coste de nuestra factura: consiste
en contratar una tarifa con discriminación horaria, y trasladar nuestros consumos
de electricidad a los tramos horarios en los que la electricidad es más barata.
Esto exige conocer nuestros perfiles de generación eléctrica habituales a lo largo
del día.
Estructura de la tarifa PVPC
68
(12)
Participación de la Energía Eléctrica en la Elaboración de Productos
Alimenticios (13)
La industria de alimentos procesa la materia prima para obtener alimentos de
consumo humano o animal. En este proceso se incluyen las fases de transporte,
recepción, almacenamiento, procesamiento, conservación. Las materias primas
utilizadas son de origen agropecuario principalmente. Como líneas de
producción de origen pecuarios tenemos a los lácteos conformados por la leche
envasada (proceso UHT) y sus derivados yogurt, queso fresco, fundido,
parmesano, mantequilla, entre otros y productos de origen cárnicos como el
jamón, hot dog, chorizo, tocino, etc.
La elaboración de productos de confitería y de alimentos balanceados también
forma parte de la industria alimentaria. Además de materia prima también se
consume energía en sus modalidades de electricidad y/o calor (térmico), para
activar el proceso productivo. La eficiencia energética es una herramienta útil
para reducir el consumo de energía y optimizar el proceso productivo; o sea
producir más o igual, pero con menos energía. En consecuencia, los industriales
tienen la oportunidad de aumentar eficiencia productiva y maximizar el
beneficio, ya que el consumo energético es proporcional a la situación
económica y los ciclos económicos.
Proceso Productivo Típico
El proceso productivo de la industria de alimentos tiene muchas variantes,
depende del tipo de alimento que se elabore.
69
Proceso productivo de una industrial de alimentos
Recepción de materia prima
Se inicia el proceso con el acopio de la materia prima que puede ser:
▪ Carnes rojas, de pescado, mariscos, aves, etc.
▪ Lácteos de vacunos, de caprinos e incluso de origen vegetal como es la soya.
▪ Fruta procesada. Dependiendo del tipo de producto en esta etapa puede haber
mezclas, lavado, cortes, etc., o simple almacenaje, de tal modo de realizar un
acondicionamiento mejor para la siguiente etapa.
Selección y separación
Consiste en seleccionar la materia prima según criterio del fabricante y de
acuerdo a su expectativa de producto final, en algunos casos se utiliza el criterio
de la mezcla y homogenización. El tamaño, peso, color de la materia prima es
uno de los parámetros a tomar en cuenta. En esta etapa y la anterior
generalmente el movimiento es manual, la energía utilizada sería la electricidad
para iluminación, no obstante, en algunos procesos podría ser necesario requerir
algún tipo de maquinaria.
70
Limpieza y preparado
En esta etapa con la materia prima seleccionada se procede a la limpieza, corte,
molienda, adición de sustancias que mejoren la calidad del producto final. En
esta etapa se requiere de equipamiento para la limpieza, corte, molienda, etc.,
por lo tanto, se utiliza electricidad y agua.
Cocción
Es la etapa final previa al envasado, donde se requiere cocinar el producto
alimenticio y quedar expedito para el consumo humano. Se puede hacer antes o
después del envasado, depende del proceso elegido; la temperatura de cocción
depende del proceso adoptado; por lo tanto, el uso de la energía es más intenso
en esta etapa, para lo cual se requiere de generar calor mediante la quema de
combustible.
La electricidad también es necesaria para el accionar los motores de los equipos
de cocción.
Envasado
El producto alimenticio cocido y apto para el consumo, es envasado y etiquetado
listo para la venta. En algunos procesos se somete a esterilización los productos
envasados. Almacenado El proceso finaliza con el almacenado, previo control de
calidad, quedando listo para la distribución.
Fuentes y costos de energía
En el sector Industrial de alimentos se utilizan electricidad y combustibles como
fuentes de energía para el funcionamiento del aparato productivo y la prestación
de servicios. Generalmente, se usa gas natural o gas licuado de petróleo-GLP
como fuente de energía térmica. En la Figura N° 2, se puede observar el
consumo promedio anual de energía en una industria de alimentos. En términos
de porcentaje, se consume 17,7 % en electricidad y 82,3 % en combustible.
71
El consumo eléctrico total de una planta de alimentos se distribuye tal como se
señala en la Figura N°3, donde se puede apreciar que en promedio el 44,14 % de
la electricidad es para la fuerza motriz; explicable por la cantidad de motores que
mueven máquinas y equipos durante el proceso productivo. Mientras que la
generación de frio para conservar alimentos y calor para procesar alimentos,
consume electricidad en el orden de 26,65 y 21,62 % respectivamente, y los
servicios auxiliares como son aire comprimido e iluminación, consumen solo el
1,96 y 2,4 % de electricidad respectivamente, mientras que el resto de
actividades diversas consumen el 3,2 %.
72
Para el caso del consumo de combustibles en el subsector alimentos se puede
apreciar, a manera de ejemplo en la figura, que el 82 % corresponde al calor para
cocción, el 10 % de calor para esterilización y el 8 % para otros usos diversos.
Principales Equipos del Proceso de Elaboración de Productos Alimenticios
La industria alimentaria tiene diversas ramas productivas como son los cárnicos,
embutidos, lácteos, alimentos deshidratados, etc.; todos ellos de acuerdo al
volumen de producción requieren de equipamiento electromecánico para cada
73
proceso productivo en particular. A continuación, se adjunta una relación de
equipos utilizados por la industria alimentaria en general.
Equipamiento para mataderos y plantas de despiece:
➢ Aparatos para degüello, desollado y despellejado
➢ Peladores de cerdos, chamuscadores
➢ Box de sacrificio, eviscera doras cárnicas
➢ Mesas de manipulado para mataderos
➢ Esterilizadores
➢ Equipo para mataderos de aves
Maquinaria y equipo para procesado de carne:
➢ Ablandadoras, amasadoras cárnicas
➢ Atadoras de embutidos
➢ Bombos de vacío, maceración, de masaje, nitrificadores
➢ Cortadoras cárnicas, prensas, secadores
➢ Peladoras, picadoras industriales
➢ Cutters, deshuesadoras, embutidoras, filete adoras
➢ Prensas para la industria cárnica
➢ Secaderos para jamones y embutidos
Maquinaria y equipos para la industria láctea:
➢ Centrifugadoras, agitadoras y filtros para lácteos
➢ Envasadoras Yogurt
➢ Fermentadores y equipos de fermentación
➢ Equipos de ordeño para ganado vacuno, ovino / caprino
➢ Pasteurizadoras y esterilizadoras de leche
➢ Prensas, cortadoras, ralladoras para quesos
➢ Saladeros y montadoras de nata
Maquinaria y equipos para pastelería y panadería:
➢ Amasadoras, formadoras, laminadoras para panadería y pastelería
➢ Cámaras de fermentación
74
➢ Cortadoras, divisoras para panadería y pastelería • Dosificadoras para
pastelería
➢ Heñidoras y boleadoras
➢ Inyectadoras, untadoras de crema
➢ Hornos para panadería
➢ Molinos homogeneizadores
➢ Pulverizadoras, refinadoras para pastelería
Máquinas y equipos para confitería
➢ Dosificador
➢ Bañador
➢ Cortadoras
➢ Embolsadora
➢ Impresora
➢ Troquelador
➢ Molino
➢ Fusionador
➢ Marmita
➢ Mezclador
➢ Secadora
➢ Selladora
➢ Separadora
➢ Temperadoras
➢ Túnel de enfriamiento
➢ Bombos
➢ Transportador
Además de estos equipos que son específicos para cada rama alimenticia,
también se tienen los equipos electromecánicos que son comunes en esta
industria, tales como:
❖ Caldera generador de vapor saturado, que es una fuente de calor para la
cocción de alimentos, calentamiento, esterilización, limpieza, etc. El
vapor puede ser distribuido en toda la planta donde se encuentran los
75
equipos que requieren de vapor para calentar, como son los hornos,
cámaras, esterilizadoras, etc.
❖ Cámaras de congelación refrigeración y aire acondicionado para la
conservación de productos y la materia prima
❖ Motores eléctricos de diversos tamaños para activar la producción
continua.
❖ Generador de aire comprimido, utilizado principalmente en comandos
neumáticos de equipos automatizados. (13)
Características del Ahorro de Energía Eléctrica en una Empresa de
Productos Alimenticios (14)
Las labores cotidianas en una planta industrial, suelen acostumbrar a los
trabajadores y a directivos, a preocuparse más que el proceso productivo no se
detenga, pasando por alto todo las anomalías o detalles negativos que se puedan
percibir; y como no afecta a la marcha de la producción, no se le da mayor
importancia. Precisamente varios o muchas de estas anomalías pueden ser malas
prácticas de uso de energía que originan derroches que afectan a la eficiencia
productiva, elevando los costos de producción.
Estas anomalías o malos hábitos pueden ser mejor apreciados en equipos,
máquinas o accesorios de la planta industrial Existen las buenas prácticas (BP),
orientadas al uso eficiente de la energía asociada a la utilización adecuada de
equipos y sistemas de producción que pueden significar oportunidades de mejora
y optimización sin inversión o con muy baja inversión; logrando reducir
consumo energético, menor costo de producción y mayor beneficio económico
para la empresa.
Las buenas prácticas que pueden ser consideradas como oportunidades de ahorro
sin o con baja inversión en una industria de alimentos, se muestran a
continuación:
76
Calderas
- Calderas trabajando a elevadas presiones o por encima de lo requerido en el
proceso, origina mayor consumo combustible. La buena práctica indica que la
presión del caldero debe ser un poco más de la presión requerida por el
proceso, con la finalidad de compensar solo las pérdidas de traslado del vapor.
Si no es suficiente hay un problema de capacidad del caldero que debe ser
analizado. Mejora sin inversión.
- Considerar el uso de control electrónico para modulación de la operación de la
caldera. Mejora de Baja inversión.
- Cuando no se controla la relación aire combustible, el caldero consume más
combustible. La buena práctica indica calibrar periódicamente la relación aire
combustible utilizando equipo de análisis de gases. Si no se logra la
calibración, puede ser problema del quemador, del sistema de combustión o del
combustible. Mejora de Baja inversión.
- Verificar el estado de las paredes externas del caldero y su temperatura, para
determinar el nivel de fuga de calor, mediante un analizador termo gráfico.
Mejora de baja inversión.
Línea de distribución de vapor
- Las fugas de vapor en tuberías y accesorios (válvulas, trampas, etc.), origina
mayor consumo de combustible en el caldero. La buena práctica indica sellar
las fugas reparando o cambiando tubos y accesorios e implementar un plan de
mantenimiento periódico. Mejora de baja inversión.
- Considerar que el retorno de condensado no es importante, es permitir mayor
consumo de combustible en el caldero. La buena práctica indica recuperar la
mayor cantidad posible de condensado hacia el caldero; esto también significa
un ahorro importante de agua tratada. Mejora de baja inversión.
- Mantener conectados tramos de tubería de vapor que ya no forman parte del
proceso, es consumir más combustible en el caldero para mantener llena esta
tubería. Se recomienda eliminar este tramo de tubería. Mejora de baja
inversión.
77
Refrigeración
- Mantener la cámara innecesariamente a muy baja temperatura, origina mayor
consumo de electricidad. La BP recomienda controlar el seteo de la
temperatura requerida en la cámara, para la conservación de la carga. Mejora
sin inversión.
- No dar importancia a las infiltraciones en los ambientes refrigerados, ocasiona
mayor consumo de electricidad. Verificar que no existan infiltraciones en los
ambientes refrigerados. Mejora de baja inversión.
- No controlar la operación productiva durante horas de punta, origina mayor
gasto en la tarifa. La BP recomienda evaluar posibles ajustes en el proceso
productivo. Mejora sin inversión.
- Ubicar equipos de refrigeración en zonas cercanas a fuentes de calor o
expuestas al sol, ocasiona mayor consumo de electricidad. La BP recomienda
ubicarlos en zonas frescas, ventiladas y bajo techo. Mejora de baja inversión.
- Evitar introducir cargas calientes a la cámara de frio, originando mayor
consumo de electricidad. La BP recomienda introducir cargas lo más fría
posible. Mejora de baja inversión.
- El condensador de la cámara debe estar ubicado a libre circulación del aire,
lejos de las paredes y de los rayos solares directos. Mejora de baja inversión.
Aire Acondicionado
- Mantener ambientes muy fríos innecesariamente origina derroche de
electricidad. La BP recomienda setear la temperatura utilizando estándares
recomendados de acuerdo al ambiente enfriado, evitando así consumos
excesivos de electricidad para el confort. Mejora sin inversión.
- Mantener sellados las paredes y puertas de los ambientes acondicionados,
evitando infiltraciones de aire caliente; lo que evitaría mayor consumo de
electricidad. Mejora de baja inversión.
- Ubicar equipos de aire acondicionado en zonas cercanas a fuentes de calor o
expuestas al sol, ocasiona mayor consumo de electricidad. La BP recomienda
ubicarlos en zonas frescas, ventiladas y bajo techo. Mejora de baja inversión.
78
Motores
- Tener motores operando en vacío en las áreas productivas es derrochar
electricidad, se recomienda evitarlo. Mejora de baja inversión.
- El arranque simultáneo de varios motores, ocasiona elevados picos de
demanda con mayor consumo de electricidad, se recomienda evitarlos y hacer
una mejor distribución de cargas. Mejora de baja inversión
- Al intercambiar motores internamente, puede resultar motores operando con
bajo factor de carga y en condiciones distintas a las nominales, lo que origina
mayor consumo eléctrico. La BP recomienda hacerlo con una previa
redistribución de cargas. Mejora de baja inversión.
- Evitar arranque frecuente en un motor. Evitar sobre calentamiento y
sobretensión del motor. Mejora de baja inversión.
Bombas
- Si para atender cargas parciales, se utilizan bombas estranguladas, en serie o
paralelo es una forma de derroche de electricidad. La buena práctica (BP)
recomienda evitarlas. Utilizar una bomba de menor capacidad para
aplicaciones específicas. Mejora de baja inversión.
- Para incrementar la presión de las bombas, verificar si la causa de la baja de
presión se debe fugas en las tuberías o válvulas. La buena práctica
recomienda primero reparar las fugas antes de reemplazar la bomba. Mejora
de baja inversión.
- Poner particular atención a las bombas en paralelo, adicionar más bombas
puede hacer que el sistema total sea progresivamente menos eficiente. Mejora
de baja inversión.
- Usar tuberías de baja fricción sobre todo cuando considere renovar las
tuberías viejas. Minimizar el número de cambios de dirección en la tubería.
Evaluar el redimensionamiento de tuberías y accesorios para optimizar la
operación de la bomba. Mejora de baja inversión.
Iluminación
- Mantener lámparas encendidas durante períodos no productivos, horas de
descanso del personal o en zonas de almacenes sin personal en el interior,
origina derroche de electricidad y mayor costo de operación; se recomienda
79
evitarlo. Reemplazar lámparas por otras más eficientes en áreas de
producción y oficinas administrativas. Mejora de baja inversión.
- Utilizar un solo interruptor para encender varias lámparas, no es adecuado, se
recomienda independizarlo lo más posible. Separe los circuitos de
iluminación para que su control no dependa de un solo interruptor y se
ilumine solo sectores necesarios. Evaluar el uso de sensores de movimiento u
ocupación, en particular en áreas de almacenamiento. Mejora de baja
inversión.
- Colocar lámparas y/o fluorescentes a gran altura obliga usar lámparas de más
potencia para tener buena iluminación, con el consiguiente incremento del
consumo eléctrico. Se recomienda variar las alturas de acuerdo a la
iluminación requerida en el punto de operación. Mejora de baja inversión.
- No encender todas las lámparas para efectuar tareas de mantenimiento o
limpieza en horarios no productivos. Limpiar de polvo las lámparas y sus
pantallas. Apagar las lámparas innecesarias y reducir al mínimo
imprescindible la iluminación en exteriores. No sobre ilumine áreas
innecesariamente, para ello verifique los estándares de iluminación por áreas,
con un luxómetro. Mejora de baja inversión.
- Si no se retiran las lámparas quemadas y/o defectuosas de las luminarias,
ocasionaran un consumo de electricidad innecesario en el reactor de la
lámpara. Reemplazar balastos magnéticos por balastros electrónicos. Mejora
de baja inversión.
- Para reducir consumos de electricidad en la planta industrial utilizar al
máximo la luz natural o pintar de color claro las paredes y techos de las áreas
de producción y oficinas administrativas. Considerar los colores claros en
mobiliario de oficinas. Mejora de baja inversión.
Compresores
- Usar aire comprimido para limpieza, aire fresco, etc., es derrochar la
electricidad. Controlar la presión y utilizar el aire mínimo requerida por el
proceso. Evitar operaciones en vacío. En ampliaciones o proyectos nuevos
evitar el sobre dimensionamiento de los compresores. Mejora sin inversión.
- Elevar la presión del compresor en lugar de reparar múltiples fugas en la línea
de distribución, es derrochar electricidad. Buscar fugas de aire con un
80
detector ultrasónico y repararlas lo más pronto posible. Verificar las caídas de
presión a través de los filtros y reemplazarlos rápidamente. Usar válvulas
solenoide para aislar máquinas con probables fugas. Mejora de baja inversión.
- Ubicar la admisión de aire al compresor cerca de una fuente de calor, es
reducir la eficiencia del equipo. La toma debe ser de aire frío externo directo
o mediante ducto para el compresor, de acuerdo a las condiciones climáticas
de la región. Evitar el ingreso de aire húmedo al compresor. Mejora de baja
inversión.
- Utilizar compresor para aplicaciones de aire a baja presión, es derrochar. (14)
Control del Ahorro y Control de Energía Eléctrica en una Empresa de
Productos Alimenticios (15)
❖ Implementación de un Skid de recuperación de energía de purgas
Las calderas de vapor necesitan realizar purgas para controlar el nivel de los
sólidos disueltos totales (SDT) en el agua al interior de la caldera, para esto se
81
instala un sistema de control de SDT, mediante el cual se abre una válvula de
forma automática permitiendo purgar el agua de la caldera cuando el nivel de
SDT sobrepase el límite fijado. El calor del agua que se descarga a través de
este sistema puede ser recuperado a través de un Skid de recuperación de
energía de purgas.
Funcionamiento
El vapor flash o revaporizado es liberado del agua caliente de purga cuando la
presión cae después de la válvula de control de purga de los STD; este efecto
se produce dentro del tanque de revaporizado o tanque flash. El revaporizado
a baja presión se introduce en el tanque de almacenamiento de agua de
alimentación a través de un inyector de vapor.
Una trampa tipo flotador, montada en la salida inferior del tanque de
revaporizado, descarga el agua residual de purga. Desde la descarga de la
trampa, el agua residual de purga que aún está caliente pasa por un
intercambiador de calor de coraza y tubos, donde transmite su calor al agua
fría de reposición. Luego el agua de purga ya enfriada puede descargarse al
desagüe.
❖ Calderas de vapor de alta presión UL-S
A diferencia de los sistemas de calderas antiguos, existen en el mercado
nuevas calderas con quemadores de gas natural, que además ahorra alrededor
del 10 % de energía, y las emisiones de CO2 se reducen en la misma
proporción.
En las calderas automatizadas el proceso de arranque y salida se realiza
presionando un botón o mediante una señal de solicitud externa, lo cual
facilita el manejo de la caldera de vapor. Las funciones automáticas protegen
el sistema de cargas innecesarias durante los arranques en frío y durante el
estado preliminar a la producción. Evita el arrastre de agua y los problemas
derivados de ello, como la salinización, la corrosión y los golpes de agua.
Todas las funciones automáticas se pueden activar en el control de la caldera,
manejable mediante pantalla táctil.
82
Gracias a esta variante de control se obtiene seguridad en el proceso. Estas
calderas disponen de un innovador sistema automático de arranque. Además,
el personal de servicio se ve aliviado de numerosas tareas manuales, como la
apertura progresiva de la válvula de vapor principal.
También forma parte del equipamiento un economizador integrado que
permite un servicio económico y ecológico. Cuenta con una instalación para
desgasificación parcial del agua de alimentación, que suministra agua de
alimentación procesada térmicamente a la caldera de vapor y recoge el reflujo
de agua condensada.
❖ Instalación del sistema de control de nivel en calderas, con sensor de tipo
capacitivo (LP20) para solucionar problemas de arrastre y calidad de vapor:
Este sensor nos permite la posibilidad de un monitoreo continuo en todo el
rango de control, sin necesidad de calibrarlo a pesar que las condiciones de
operación son algo extremas (10 bar y 184 ºC), este va acompañado de un
preamplificador de señal PA20 (nos permite operar a niveles de
conductividad muy bajas) y un controlador dedicado LC2650.
El cual tiene muchas funcionalidades que hacen segura y confiable la
implementación, dentro de su funcionalidad tenemos: control modulante
(válvula de control) o control on-off (encendido y apagado de la bomba),
puede trabajar con líquidos de baja conductividad (5 microsiemens/ cm), se
puede realizar control de 1, 2 y 3 elementos, pantalla gráfica de estados: Set
point, valor medido, alarmas, diagramas de tendencia, certificaciones varias
para la aplicación (dentro de ellas UL abierta), etc., además el sistema se
complementa con la selección de una válvula de control SPIRATROL con
actuador neumático para convertirla en válvula de control normalmente
cerrada (falla segura), diseñada para variaciones de apertura y cierre bastante
rápidas, otorgándole al sistema una gran estabilidad de control.
Este sistema brinda los siguientes beneficios:
- Nivel más estable bajo cualquier condición de carga.
83
- Eliminación del arrastre asociado a la inestabilidad del nivel de agua en la
caldera (se pudo comprobar que el régimen de purga de la trampa del
manifold se redujo considerablemente, es decir, es muy poco lo que
actualmente purga la trampa).
- Mejora sustancial en la presión de operación de la caldera.
- Un régimen de generación de vapor más estable a diferentes cargas.
- Importante mejora en la calidad de vapor (libre de arrastre).
- Ya no se tienen incidencias de apagado de la caldera por bajo nivel.
- Reducción del ratio: consumo de combustible/tonelada de producción.
- Menor supervisión.
❖ Instalación de los eliminadores de aire Los eliminadores de aire son
dispositivos similares a una válvula automática la cual poseen una capsula
termostática que cierra en presencia de vapor.
A diferencia de las trampas termostáticas estas capsulas tienen una mezcla de
agua destilada con alcohol, la cual le permite a la mezcla tener un punto de
ebullición cercano al del agua (2 o 3 ºC menos), con ello aseguramos que
cuando entre en contacto con el vapor cierre por completo.
Existen fabricantes que no disponen de estos dispositivos e instalan trampas
termostáticas (diferencial de 5 ºC a más), que en presencia de vapor cierran
antes sin conseguir el mismo efecto que los eliminadores de aire (al no lograr
evacuar el mismo volumen de incondensables, son menos eficientes
afectando el coeficiente de transferencia de calor en equipos que emplean
vapor como medio de calentamiento y no reducen el nivel de acidez en la
misma medida). Instalación de los eliminadores de aire: los lugares más
adecuados para instalar eliminadores de aire son:
- En el distribuidor o manifold de distribución de vapor.
- En los puntos elevados de las líneas de distribución de vapor y finales de
línea.
- En las acometidas o líneas de ingreso de vapor a equipos consumidores (lo
más cercano al equipo). Beneficios del empleo de los eliminadores de aire:
El empleo de eliminadores de aire trae varios beneficios porque se reduce el
empleo de químicos (secuestrante de oxígeno), además se elimina el CO2
84
generado en la caldera como el aire que ingresa a la red de vapor durante
una parada de la planta, es decir, se reduce el nivel de acidez del
condensado, además, con la eliminación de cualquier gas diferente al vapor
del sistema de distribución generamos un aumento en los coeficientes de
transferencia de calor, mejorando la eficiencia térmica de los procesos.
Fuente: Boletín Técnico La Llave N°79.
❖ La cogeneración: una tecnología que ahorra combustible, disminuye la
factura energética y evita emisiones de gases de efecto invernadero.
La cogeneración es la producción conjunta y en proceso secuencial de energía
eléctrica (o mecánica) y energía térmica útil (utilizable) a partir del mismo
combustible (gas natural, carbón, etc.).
Las instalaciones de cogeneración cuentan con diversos equipos:
- motores de combustión, turbinas, calderas, intercambiadores de calor, etc.
- integradas adecuadamente mediante sus flujos energéticos para obtener un
mayor aprovechamiento (rendimiento) del combustible consumido.
Dependiendo de las características de la demanda de calor y del nivel de la
temperatura de su utilización, una instalación de cogeneración (diseñada con
criterios de optimización) podría aprovechar hasta el 90% de la energía
contenida en el combustible consumido.
❖ Sistemas de refrigeración:
Equipos de comprensión de desplazamiento positivo de doble etapa
Generación de aire comprimido. Es recomendable implementar equipos que
en su diseño incorporen mejoras significativas, como los equipos de
compresión de desplazamiento positivo de doble etapa (tipo pistón o tornillo)
y equipos centrífugos que proveen las menores potencias específicas, por lo
tanto, un menor consumo energético.
La producción de aire del compresor debe ser lo más cercana posible a la
demanda de la planta. Es económicamente inaceptable operar los equipos
durante largos períodos a carga baja, debido a las ineficiencias de los motores
eléctricos. En algunas ocasiones es recomendable tener compresores de
85
diferentes tamaños para cumplir con la demanda, tratando de que los equipos
individualmente trabajen a su máxima capacidad.
Sistemas de Control. Con una relativa baja inversión, se pueden conseguir
ahorros entre el 5% al 20% del costo total de generación. Controles de
arranque y paro automático, por ejemplo, eliminan el consumo de energía en
períodos de baja demanda.
En instalaciones con múltiples compresores, sistemas basados en
microprocesadores proveen la facilidad de arrancar o parar los equipos de
acuerdo a la demanda, con variaciones muy bajas en la presión entregada. El
sistema escoge el compresor más adecuado para cumplir la demanda en un
turno de producción y luego cambiará a otro o a una combinación para
cumplir con la demanda del segundo turno y así sucesivamente.
❖ Recuperación de calor de un sistema de aire comprimido y reducción de sus
costos En el mundo del aire comprimido, es típico hablar de ciclos de
evaluación de 10 años. El costo operativo total en este período está
compuesto básicamente por tres rubros: costo inicial, costo de mantenimiento
y costo de energía, siendo este último el más representativo, ya que llega a ser
del orden del 70 %.
La gran mayoría se transforma en calor, siendo extraído del compresor por su
sistema de enfriamiento.
En la mayoría de las instalaciones este calor es considerado un problema y
tratamos de eliminarlo, típicamente disipándolo al medio ambiente. Si
cambiamos este punto de vista, podemos considerar a este calor como una
fuente de energía que es posible aprovecharla. Del total de la energía térmica
que genera un compresor, alrededor del 90% es recuperable, el resto se pierde
como radiación y como calor remanente que se queda con el aire comprimido.
En términos prácticos podemos decir que, del total de la energía eléctrica
suministrada al compresor, el 85% lo podemos recuperar en forma de energía
86
térmica. Entonces nuestro nuevo diagrama de transformación de energía
cambiaría, siendo apenas el 9% de la energía no aprovechable. (15)
8. OBJETIVOS
- Determinar la influencia en las instalaciones de la empresa PRODUCTOS
ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa, que la compensación de
energía reactiva, se realice con condensadores.
- Establecer la posibilidad de optimizar la compensación de energía reactiva para la
empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa,
desde los puntos de vista técnico y económico.
- Identificar el control del suministro y facturación, del consumo de energía
eléctrica en la producción alimenticia, en la empresa PRODUCTOS
ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa.
- Conocer la suficiencia de los equipos y el control, de la demanda de la energía
eléctrica en la producción alimenticia, en la empresa PRODUCTOS
ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa.
9. HIPÓTESIS
Dado que, al ubicar óptimamente los bancos de condensadores mediante un
controlador automático, se mejora la eficiencia de energía en sistemas específicos, y
que el cálculo de la capacidad de los bancos de condensadores de los motores de un
sistema, mejora la eficiencia en cada motor; es probable que, presentando una
propuesta de un módulo de compensación de energía reactiva, basado en un banco de
condensadores, permita mejorar el ahorro de energía eléctrica en la empresa
PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., Arequipa - Perú, 2019,
que se va a percibir en la menor facturación por la adquisición de la energía eléctrica
durante su proceso.
87
CAPÍTULO II
PLANTEAMIENTO OPERACIONAL
88
TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
VARIABLES INDICADORES SUB
INDICADORES TÉCNICAS INSTRUMENTOS
Compensación
de energía
reactiva
Instalaciones Condensadores
Observación
Ficha de
Observación
Documental
Filtros armónicos
Optimización Técnica
Económica
Energía
eléctrica en la
producción
alimenticia
Consumo Suministro
Observación
Ficha de
Observación de
Campo
Facturación
Demanda
Equipos
Control
1. CAMPO DE VERIFICACIÓN
2.1 Ubicación espacial
La presente investigación se realizó en las instalaciones de la empresa
PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., ubicada en Mza. B
Lote. 13 P.J. Villa San Juan, Cerro Colorado, de Arequipa - Perú.
2.2 Ubicación temporal
El trabajo de investigación se realizó con datos del año 2019, en el período de 8
semanas, en los meses de noviembre y diciembre.
2.3 Unidades de estudio
Para la variable “Compensación de energía reactiva” y la variable “Energía
eléctrica en la producción alimenticia”, se tomó como referencia a los
documentos, funcionarios, trabajadores de la empresa productos alimenticios
PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., Arequipa - Perú.
2. ESTRATEGIAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
2.1 Recolección de datos
Para la variable “Compensación de energía reactiva”, se coordinó con los
funcionarios y trabajadores de la empresa productos alimenticios
89
PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa, para
la realización de la investigación, y la aplicación del instrumento de
recolección de datos (10 fichas de observación documental).
Para la variable “Energía eléctrica en la producción alimenticia”, se coordinó
con los funcionarios, trabajadores de la empresa productos alimenticios
PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa, para
la realización de la investigación, y la aplicación del instrumento de
recolección de datos (10 fichas de observación de campo).
2.2 Tratamiento de los datos
Las encuestas se organizaron y foliaron, por variable, procediendo luego a
codificarlas, para su posterior digitación en el programa computarizado del
Excel, obteniendo las matrices de recolección de datos, las respectivas tablas
y gráficos que, permitieron a la investigadora, realizar la interpretación de los
resultados y el análisis de la información respectivo.
2.3 Análisis de la información
Una vez hecha la recopilación de datos, se procederá a realizar una
interpretación objetiva, para hacer un análisis de la información obtenida, lo
que permitirá llegar a las conclusiones y recomendaciones.
90
CAPÍTULO III
RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
91
INTERPRETACIÓN OBJETIVA DE LOS RESULTADOS DE LA APLICACIÓN
DE LA FICHA DE OBSERVACIÓN DOCUMENTAL
Tabla Nº 1. Se da la importancia requerida a la compensación de energía reactiva
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Muy de acuerdo 5 50%
De acuerdo 2 20%
Indiferente 1 10%
En desacuerdo 1 10%
Muy en desacuerdo 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, que el 50% está muy de acuerdo en dar la
importancia requerida a la compensación de energía reactiva, el 20% está de acuerdo y
el 10% es indiferente, está en desacuerdo y muy en desacuerdo.
Gráfico Nº 1
Fuente: Elaboración propia, 2019
92
Tabla Nº 2. El tipo de instalación, afecta la compensación de energía reactiva
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Muy de acuerdo 4 40%
De acuerdo 2 20%
Indiferente 2 20%
En desacuerdo 1 10%
Muy en desacuerdo 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, que el 40% está muy de acuerdo que el tipo de
instalación, afecta la compensación de energía reactiva, el 20% está de acuerdo y es
indiferente y el 10% está en desacuerdo y muy en desacuerdo.
Gráfico Nº 2
Fuente: Elaboración propia, 2019
93
Tabla Nº 3. La instalación de condensadores, mejora la compensación de energía
reactiva
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Muy de acuerdo 6 60%
De acuerdo 1 10%
Indiferente 1 10%
En desacuerdo 1 10%
Muy en desacuerdo 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 201
Se tiene de los documentos observados, que el 60% está muy de acuerdo que, la
instalación de condensadores, mejora la compensación de energía reactiva, y el 10%
está de acuerdo, es indiferente, está en desacuerdo y muy en desacuerdo.
Gráfico Nº 3
Fuente: Elaboración propia, 2019
94
Tabla Nº 4. Influyen las instalaciones de condensadores, en la compensación de
energía reactiva
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Muy de acuerdo 6 60%
De acuerdo 1 10%
Indiferente 1 10%
En desacuerdo 1 10%
Muy en desacuerdo 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, que el 60% está muy de acuerdo en que, las
instalaciones de condensadores, influyen en la compensación de energía reactiva, el
10% está de acuerdo, es indiferente, está en desacuerdo y muy en desacuerdo.
Gráfico Nº 4
Fuente: Elaboración propia, 2019
95
Tabla Nº 5. La instalación de filtros armónicos, mejora la compensación de energía
reactiva
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Muy de acuerdo 4 40%
De acuerdo 2 20%
Indiferente 2 20%
En desacuerdo 1 10%
Muy en desacuerdo 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, que el 40% está muy de acuerdo que una
instalación de filtros armónicos, mejora la compensación de energía reactiva, el 20%
está de acuerdo y es indiferente y el 10% está de acuerdo, en desacuerdo y muy en
desacuerdo.
Gráfico Nº 5
Fuente: Elaboración propia, 2019
96
Tabla Nº 6. Influyen las instalaciones de filtros armónicos, en la compensación de
energía reactiva
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Muy de acuerdo 3 30%
De acuerdo 3 30%
Indiferente 2 20%
En desacuerdo 1 10%
Muy en desacuerdo 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, que el 30% está muy de acuerdo y de acuerdo
en que, las instalaciones de filtros armónicos influyen en la compensación de energía
reactiva, el 20% es indiferente y el 10% está en desacuerdo y muy en desacuerdo.
Gráfico Nº 6
Fuente: Elaboración propia, 2019
97
Tabla Nº 7. La compensación de energía reactiva optimiza los beneficios a la
empresa
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Muy de acuerdo 3 30%
De acuerdo 2 20%
Indiferente 2 20%
En desacuerdo 2 20%
Muy en desacuerdo 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, que el 30% está muy de acuerdo que, la
compensación de energía reactiva optimiza los beneficios a la empresa, el 20% está de
acuerdo, es indiferente y está en desacuerdo y el 10% está muy en desacuerdo.
Gráfico Nº 7
Fuente: Elaboración propia, 2019
98
Tabla Nº 8. Es importante considerar la optimización, para la compensación de
energía reactiva
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Muy de acuerdo 6 60%
De acuerdo 1 10%
Indiferente 1 10%
En desacuerdo 1 10%
Muy en desacuerdo 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, que el 60% está muy de acuerdo que, es
importante considerar la optimización, para la compensación de energía reactiva, el
10% es indiferente, está de acuerdo, en desacuerdo y muy en desacuerdo.
Gráfico Nº 8
Fuente: Elaboración propia, 2019
99
Tabla Nº 9. La optimización técnica de la instalación, contribuye con la
compensación de energía reactiva
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Muy de acuerdo 4 40%
De acuerdo 2 20%
Indiferente 2 20%
En desacuerdo 1 10%
Muy en desacuerdo 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, que el 40% está muy de acuerdo en que, la
optimización técnica de la instalación, contribuye con la compensación de energía
reactiva, el 20% está de acuerdo y es indiferente y el 10% está en desacuerdo y muy en
desacuerdo.
Gráfico Nº 9
Fuente: Elaboración propia, 2019
100
Tabla Nº 10. La optimización técnica, determina la compensación de energía
reactiva
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Muy de acuerdo 3 30%
De acuerdo 3 30%
Indiferente 2 20%
En desacuerdo 1 10%
Muy en desacuerdo 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, que el 30% está muy de acuerdo y de acuerdo
que, la optimización técnica, determina la compensación de energía reactiva, el 20% es
indiferente y el 10% está en desacuerdo y muy en desacuerdo.
Gráfico Nº 10
Fuente: Elaboración propia, 2019
101
Tabla Nº 11. La optimización económica en una instalación, contribuye en la
compensación de energía reactiva
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Muy de acuerdo 2 20%
De acuerdo 2 20%
Indiferente 2 20%
En desacuerdo 2 20%
Muy en desacuerdo 2 20%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, que el 20% está muy de acuerdo, de acuerdo, es
indiferente, está en desacuerdo y muy en desacuerdo en que, la optimización económica
en una instalación, contribuye en la compensación de energía reactiva.
Gráfico Nº 11
Fuente: Elaboración propia, 2019
102
Tabla Nº 12. La optimización económica determina la compensación de energía
reactiva
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Muy de acuerdo 2 20%
De acuerdo 3 30%
Indiferente 2 20%
En desacuerdo 2 20%
Muy en desacuerdo 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, que el 20% está muy de acuerdo, es indiferente
y está en desacuerdo que, la optimización económica determina la compensación de
energía reactiva, el 30% está de acuerdo y el 10% está muy en desacuerdo.
Gráfico Nº 12
Fuente: Elaboración propia, 2019
103
INTERPRETACIÓN OBJETIVA DE LOS RESULTADOS DE LA APLICACIÓN
DE LA FICHA DE OBSERVACIÓN DE CAMPO
Tabla Nº 13. Es importante la energía eléctrica en la producción alimenticia
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Siempre 3 30%
Casi siempre 3 30%
Algunas veces 3 30%
Nunca 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, el 30% considera que, siempre y casi siempre y
algunas veces es importante la energía eléctrica en la producción alimenticia y el 10%
considera que nunca es importante.
Gráfico Nº 13
Fuente: Elaboración propia, 2019
104
Tabla Nº 14. Sin energía eléctrica no puede haber producción alimenticia
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Siempre 3 30%
Casi siempre 4 40%
Algunas veces 2 20%
Nunca 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, el 40% considera que, casi siempre sin energía
eléctrica no puede haber producción alimenticia, el 30% considera que siempre, el 20%
considera que algunas veces y el 10% considera que nunca.
Gráfico Nº 14
Fuente: Elaboración propia, 2019
105
Tabla Nº 15. Influye el consumo de la energía eléctrica en la producción
alimenticia
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Siempre 3 30%
Casi siempre 3 30%
Algunas veces 3 30%
Nunca 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, el 30% considera que, siempre casi siempre y
algunas veces el consumo de la energía eléctrica influye en la producción alimenticia y
el 10% considera que nunca.
Gráfico Nº 15
Fuente: Elaboración propia, 2019
106
Tabla Nº 16. Se controla el suministro de energía eléctrica en la producción
alimenticia
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Siempre 2 20%
Casi siempre 2 20%
Algunas veces 4 40%
Nunca 2 20%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, el 40% considera que, algunas veces se controla
el suministro de energía eléctrica en la producción alimenticia y el 20% considera que
siempre, casi siempre y nunca.
Gráfico Nº 16
Fuente: Elaboración propia, 2019
107
Tabla Nº 17. Abastece el suministro de energía eléctrica a la producción
alimenticia
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Siempre 4 40%
Casi siempre 2 20%
Algunas veces 3 30%
Nunca 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, el 40% considera que, siempre el suministro de
energía eléctrica abastece a la producción alimenticia, el 30% considera que algunas
veces, el 20% considera que casi siempre y el 10% considera que nunca.
Gráfico Nº 17
Fuente: Elaboración propia, 2019
108
Tabla Nº 18. Se monitoriza el consumo de energía eléctrica en la producción
alimenticia, mediante las facturaciones
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Siempre 5 50%
Casi siempre 3 30%
Algunas veces 1 10%
Nunca 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, el 50% considera que, siempre se monitoriza el
consumo de energía eléctrica en la producción alimenticia, mediante las facturaciones,
el 30% considera que casi siempre y el 10% considera que algunas veces y nunca.
Gráfico Nº 18
Fuente: Elaboración propia, 2019
109
Tabla Nº 19. Es importante la demanda que genera en energía eléctrica, la
producción alimenticia
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Siempre 7 70%
Casi siempre 1 10%
Algunas veces 1 10%
Nunca 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, el 70% considera que, siempre es importante
la demanda que genera en energía eléctrica, la producción alimenticia, el 10%
considera que casi siempre, algunas veces y nunca.
Gráfico Nº 19
Fuente: Elaboración propia, 2019
110
Tabla Nº 20. Se supervisa la demanda de energía eléctrica de la producción
alimenticia
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Siempre 6 60%
Casi siempre 2 20%
Algunas veces 1 10%
Nunca 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, el 60% considera que, siempre se supervisa la
demanda de energía eléctrica de la producción alimenticia, el 20% considera que casi
siempre y el 10% considera que algunas veces y nunca.
Gráfico Nº 20
Fuente: Elaboración propia, 2019
111
Tabla Nº 21. Influyen los equipos en la demanda de la energía eléctrica, en la
producción alimenticia
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Siempre 7 70%
Casi siempre 1 10%
Algunas veces 1 10%
Nunca 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, el 70% considera que, siempre influyen los
equipos en la demanda de la energía eléctrica, en la producción alimenticia y el 10%
considera que casi siempre, algunas veces y nunca.
Gráfico Nº 21
Fuente: Elaboración propia, 2019
112
Tabla Nº 22. La optimización de equipos mejora la demanda de la energía eléctrica, en
la producción alimenticia
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Siempre 5 50%
Casi siempre 2 20%
Algunas veces 2 20%
Nunca 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, el 50% considera que, siempre la
optimización de equipos mejora la demanda de la energía eléctrica, en la producción
alimenticia, el 20% considera que casi siempre y algunas veces y el 10% considera
que nunca.
Gráfico Nº 22
Fuente: Elaboración propia, 2019
113
Tabla Nº 23. Existe un control de energía eléctrica en la producción alimenticia
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Siempre 3 30%
Casi siempre 3 30%
Algunas veces 2 20%
Nunca 2 20%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, el 30% considera que, siempre y casi siempre
existe un control de energía eléctrica en la producción alimenticia y el 20% considera
que algunas veces y nunca.
Gráfico Nº 23
Fuente: Elaboración propia, 2019
114
Tabla Nº 24. La optimización del control, mejora la demanda de la energía
eléctrica, en la producción alimenticia
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
Siempre 4 40%
Casi siempre 3 30%
Algunas veces 2 20%
Nunca 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de los documentos observados, el 40% considera que, la optimización del
control, mejora siempre la demanda de la energía eléctrica, en la producción
alimenticia, el 30% considera que mejora casi siempre, el 20% considera que mejora
algunas veces y el 10% considera que nunca mejora.
Gráfico Nº 24
Fuente: Elaboración propia, 2019
115
ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN
116
INTRODUCCIÓN
Luego de sistematizado los datos obtenidos de la realidad, se ha procedido a realizar
un análisis detenido de los resultados, de tal manera de conocer lo más real posible,
de la situación de la energía reactiva, respecto a minimizar las energías reactivas que
son perjudiciales a la industria tanto en equipos como en la economía del consumo
de energía eléctrica por la empresa, específicamente respecto a las variables
“Compensación de Energía Reactiva “ y “Energía Eléctrica en la Producción
Alimenticia, en la Empresa Productos Alimenticios El Catalán E.I.R.L., Arequipa -
Perú, 2019 .
Se ha deseado establecer con este análisis es percibir directamente, las fortalezas y
debilidades, que pudiera tener la “Propuesta de un Módulo de Compensación de la
Energía Reactiva, basado en un Banco de Condensadores, para mejorar el ahorro de
energía eléctrica en la Empresa Productos Alimenticios el Catalán E.I.R.L., Arequipa
- Perú, 2019”.
Asimismo, para poder realizar con mayor precisión el detalle del análisis estadístico,
se ha utilizado el lenguaje de programación del Excel, dentro del paquete informático
del Office de Microsoft, aprovechando las opciones de cálculo estadístico con
operaciones y fórmulas, así como los gráficos estadísticos respectivos.
Es conveniente indicar que el investigador ha puesto todo el esfuerzo en este análisis,
ya que ha sido fundamental en la investigación sobre el tema de tesis, ya que al
operacionalizar las variables, indicadores y sub-indicadores, ha permitido que se
pueda determinar su nivel de medición, de tal manera de considerar aceptable las
conclusiones y sugerencias finales.
1. SUBINDICADOR CONDENSADORES
Los resultados dan a entender que, se da la importancia requerida a la
compensación de energía reactiva, el tipo de instalación la afecta, estando de
acuerdo que la instalación de condensadores, mejora e influye en la compensación
de energía reactiva, lo cual es favorable para aplicarla en la empresa PRODUCTOS
ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa.
De acuerdo al marco conceptual, un banco de condensadores es una agrupación de
varios condensadores idénticos interconectados en paralelo o en serie entre sí,
117
según sea necesario. En los circuitos de CA, el factor de potencia es la relación de
la potencia real que se utiliza para hacer el trabajo y la potencia aparente que se
suministra al circuito. La corrección del factor de potencia, es un ajuste del circuito
eléctrico para llevar el factor de potencia lo más cerca de 1, conocido como factor
de potencia unitario.
Un factor de potencia de uno o factor de potencia unitario, es el objetivo de
cualquier empresa de servicios eléctricos, ya que, si el factor de potencia es menor
que uno, deben suministrar más corriente al usuario para una cantidad determinada
de consumo de energía. Al hacerlo, incurren en más pérdidas en la línea. También
deben tener equipos de mayor capacidad en lugar de lo que sería necesario.
Según lo indicado, el investigador da entender que se da la importancia requerida a
la compensación de energía reactiva, afectando al tipo de instalación, estando de
acuerdo que la instalación de condensadores, mejora e influye en la compensación
de energía reactiva, lo cual es favorable para aplicarla en las empresas de Arequipa;
aceptando que un factor de potencia de uno, es el objetivo de cualquier empresa de
servicios eléctricos. Por lo que se deduce que sí hay influencia en las instalaciones
de la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de la
ciudad de Arequipa, en el sentido de que la compensación de energía reactiva, se
realice con condensadores, lo cual resulta más conveniente.
3. SUBINDICADOR FILTROS ARMÓNICOS
Los resultados dan a entender que, se da la importancia requerida a la
compensación de energía reactiva, y que el tipo de instalación la afecta, que una
instalación de filtros armónicos, mejora e influye la calidad de energía reactiva, lo
que es una fortaleza para aplicarla en la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS
EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa.
En la práctica industrial, las corrientes armónicas son los componentes similares de una
corriente eléctrica periódica descompuesta en la serie de Fourier. Los armónicos tienen
118
una frecuencia que es múltiplo (2, 3, 4, 5,… n) de la frecuencia fundamental (50 ó 60
Hz en las redes eléctricas). El número “n” determina el rango de la componente
armónica. Se denomina “armónico del rango n” a la componente armónica del rango
correspondiente a “n” veces la frecuencia de la red.
Generados por los consumidores como variadores de frecuencia, arrancadores
electrónicos y todo el dispositivo electrónico, los armónicos de corriente se propagan en
las redes y crean distorsiones de la onda de tensión en las impedancias de las líneas.
Estas deformaciones de la tensión se redistribuyen a los usuarios de todo el conjunto de
la red del proveedor de energía eléctrica. El armónico de rango 3 merece especial
atención en el caso de las redes trifásicas.
4. SUBINDICADOR TÉCNICA
Los resultados dan a entender que, se da la importancia requerida a la compensación de
energía reactiva, aunque no optimiza los beneficios a la empresa, pero que es importante
considerar esta optimización, particularmente la optimización técnica de la instalación,
determinando ésta en la compensación de energía reactiva, lo que es aceptable aplicarla
a la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa.
Teniendo en cuenta el marco conceptual, cuando se presente una demanda mínima
de carga, se requerirá de un valor de potencia reactiva mínima debido a que el
factor de potencia es cercano a la unidad, por consiguiente, el controlador de factor
de potencia necesitará del ajuste del parámetro C/K (sensibilidad) el cual presenta
un valor de 0.1 a 1. Por ejemplo: si se fija un valor de C/K de 0,66 el condensador
de 3 kVAr actuará únicamente cuando los requerimientos de potencia reactiva
excedan los 2 kVAr; esto asegurará que cuando se presente una demanda de carga
mínima, no se produzca una sobrecompensación.
Además, el controlador de factor de potencia, al detectar un factor de potencia mayor al
fijado, dejará automáticamente de entregar potencia reactiva al sistema eléctrico de la
planta.
119
Según lo indicado, se da la importancia requerida a la compensación de energía
reactiva, aunque no optimiza los beneficios a la empresa, pero que es importante
considerar esta optimización, particularmente la optimización técnica de la instalación,
determinando ésta en la compensación de energía reactiva; además el controlador de
factor de potencia al detectar un factor de potencia mayor al fijado, dejará
automáticamente de entregar potencia reactiva al sistema eléctrico de la planta. Por lo
que se deduce que se debe establecer la posibilidad de optimizar la compensación de
energía reactiva para la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN
E.I.R.L., de la ciudad de Arequipa, especialmente desde el punto de vista técnico.
5. SUBINDICADOR ECONÓMICA
Los resultados dan a entender que, se da la importancia requerida a la compensación de
energía reactiva, aunque no optimiza los beneficios a la empresa, pero que es importante
considerar esta optimización, pero lamentablemente se observa que la optimización
económica en una instalación, no contribuye completamente en la compensación de
energía reactiva, lo que es una desventaja para su aplicación en la empresa
PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa.
Se puede determinar la especificación óptima de los condensadores de
compensación para una instalación existente, a partir de las siguientes
consideraciones principales: facturas de electricidad anteriores a la instalación de
los condensadores, estimación de las próximas facturas eléctricas, costos de:
adquisición de condensadores y equipos de control, costos de instalación y
mantenimiento.
Aunque la energía reactiva requerida por las cargas inductivas no se transforma en
trabajo útil, debe ser generada, transportada y distribuida por la red eléctrica. Esto
obliga al sobredimensionado de transformadores, generadores y líneas, e implica la
existencia de pérdidas y caídas de tensión. Por esta razón, las compañías eléctricas
penalizan el consumo de energía reactiva, aplicando recargos.
Según lo indicado, se da la importancia requerida a la compensación de energía
reactiva, aunque no optimiza los beneficios a la empresa, pero que es importante
considerar esta optimización, pero lamentablemente se observa que la optimización
120
económica en una instalación, no contribuye completamente en la compensación de
energía reactiva; sabiendo que el sobredimensionado de transformadores,
generadores y líneas, implica la existencia de pérdidas y caídas de tensión. Por lo que
se deduce que se debe establecer la posibilidad de optimizar la compensación de
energía reactiva para la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN
E.I.R.L., de la ciudad de Arequipa, particularmente considerando el punto de vista
económico.
6. SUBINDICADOR SUMINISTRO
Los resultados dan a entender que, medianamente se acepta que es importante la
energía eléctrica en la producción alimenticia, aunque se sabe que sin energía
eléctrica no existiría, siendo poca la influencia del consumo de la energía eléctrica en
la producción alimenticia, pero que es importante que se controle y abastezca el
suministro de energía eléctrica, particularmente en la empresa PRODUCTOS
ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa.
.
El sistema de suministro eléctrico comprende el conjunto de medios y
elementos útiles para la generación, el transporte y la distribución de la
energía eléctrica. Este conjunto está dotado de mecanismos de control,
seguridad y protección.
Constituye un sistema integrado que además de disponer de sistemas de control
distribuido, está regulado por un sistema de control centralizado que garantiza una
explotación racional de los recursos de generación y una calidad de servicio acorde
con la demanda de los usuarios, compensando las posibles incidencias y fallas
producidas.
Según lo indicado, medianamente se acepta que es importante la energía eléctrica en
la producción alimenticia, aunque se sabe que sin energía eléctrica no existiría,
siendo poca la influencia del consumo de la energía eléctrica en la producción
alimenticia, pero que es importante que se controle y abastezca el suministro de
energía eléctrica, particularmente en la empresas productoras alimenticias de
Arequipa; ahora el sistema de suministro eléctrico comprende el conjunto de medios
121
y elementos útiles para la generación, el transporte y la distribución de la energía
eléctrica. Este conjunto está dotado de mecanismos de control, seguridad y
protección. Por lo que se deduce que, es necesario identificar el control del
suministro, del consumo de energía eléctrica en la producción alimenticia, en la
empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de la ciudad de
Arequipa, para mantener la calidad productiva acorde con la demanda de los clientes.
7. SUBINDICADOR FACTURACIÓN
Los resultados dan a entender que, medianamente se acepta que es importante la
energía eléctrica en la producción alimenticia, aunque se sabe que sin energía
eléctrica no existiría, siendo poca la influencia del consumo de la energía eléctrica en
la producción alimenticia, pero que es bueno la monitorización del consumo de
energía eléctrica en la producción alimenticia, mediante las facturaciones, lo que es
aceptable que se practique en la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL
CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa.
Se sabe que la energía eléctrica que consumimos se mide en kilovatios-hora (kWh).
Este consumo se registra en nuestros contadores. Esta cantidad, sin embargo, no es
la única que determina el importe de nuestra factura. El importe total también
depende de la potencia que tenemos contratada en nuestra vivienda a la compañía
comercializadora. La potencia contratada está directamente relacionada con el
consumo instantáneo máximo que puede haber en la vivienda, es decir, con la
cantidad de equipos eléctricos que pueden funcionar en la vivienda al mismo
tiempo.
Según lo indicado, medianamente se acepta que es importante la energía eléctrica en
la producción alimenticia, aunque se sabe que sin energía eléctrica no existiría,
siendo poca la influencia del consumo de la energía eléctrica en la producción
alimenticia, pero que es bueno la monitorización del consumo de energía eléctrica en
la producción alimenticia, mediante las facturaciones; sabiendo que la potencia
contratada está directamente relacionada con el consumo instantáneo máximo que
puede haber en la vivienda, es decir, con la cantidad de equipos eléctricos que
pueden funcionar en la vivienda al mismo tiempo. Por lo que se deduce que, es
122
necesario identificar el control de la facturación, del consumo de energía eléctrica en
la producción alimenticia, en la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL
CATALÁN E.I.R.L., de la ciudad de Arequipa, cuidando el aspecto económico y
financiero.
8. SUBINDICADOR EQUIPOS
Los resultados dan a entender que, medianamente se acepta que es importante la
energía eléctrica en la producción alimenticia, aunque se sabe que sin energía
eléctrica no existiría, sobre todo la demanda que genera en energía eléctrica, por lo
que debe ser supervisada, por supuesto con los equipos adecuados y optimizados, lo
cual debe considerarse en la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL
CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa.
La industria alimentaria tiene diversas ramas productivas como son los cárnicos,
embutidos, lácteos, alimentos deshidratados, etc.; todos ellos de acuerdo al volumen
de producción requieren de equipamiento electromecánico para cada proceso
productivo en particular. A continuación, se adjunta una relación de equipos
utilizados por la industria alimentaria en general.
La maquinaria y equipo que normalmente se usa para para el procesado de carne,
es: ablandadoras, amasadoras cárnicas, atadoras de embutidos, bombos de vacío,
maceración, de masaje, nitrificadores, cortadoras cárnicas, prensas, secadores,
peladoras, picadoras industriales, cutters, deshuesadoras, embutidoras, filete adoras,
prensas para la industria cárnica, secaderos para jamones y embutidos.
Según lo indicado, medianamente se acepta que es importante la energía eléctrica
en la producción alimenticia, aunque se sabe que sin energía eléctrica no existiría,
sobre todo la demanda que genera en energía eléctrica, por lo que debe ser
supervisada, por supuesto con los equipos adecuados y optimizados; sabiendo que
la industria alimentaria tiene diversas ramas productivas como son los cárnicos,
embutidos, lácteos, alimentos deshidratados, etc. Por lo que deduce que es bueno
conocer la suficiencia de los equipos, que participan en la demanda de la energía
123
eléctrica para la producción alimenticia, en la empresa PRODUCTOS
ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de la ciudad de Arequipa.
9. SUBINDICADOR CONTROL
Los resultados dan a entender que, medianamente se acepta que es importante la
energía eléctrica en la producción alimenticia, aunque se sabe que sin energía
eléctrica no existiría, sobre todo la demanda que genera en energía eléctrica, por lo
que debe ser supervisada y controlada óptimamente, particularmente en la empresa
PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa.
En los sistemas de control, se tiene que, con una relativa baja inversión, se pueden
conseguir ahorros entre el 5% al 20% del costo total de generación. Controles de
arranque y paro automático, por ejemplo, eliminan el consumo de energía en
períodos de baja demanda.
En instalaciones con múltiples compresores, sistemas basados en
microprocesadores, proveen la facilidad de arrancar o parar los equipos de
acuerdo a la demanda, con variaciones muy bajas en la presión entregada.
El sistema escoge el compresor más adecuado para cumplir la demanda en
un turno de producción y luego cambiará a otro o a una combinación para
cumplir con la demanda del segundo turno y así sucesivamente.
Según lo indicado, medianamente se acepta que es importante la energía eléctrica en
la producción alimenticia, aunque se sabe que sin energía eléctrica no existiría, sobre
todo la demanda que genera en energía eléctrica, por lo que debe ser supervisada y
controlada óptimamente, particularmente en la empresa PRODUCTOS
ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa; ahora en los sistemas de
control, se tiene que con una relativa baja inversión, se pueden conseguir ahorros
entre el 5% al 20% del costo total de generación. Por lo que se deduce que, es bueno
conocer y contar con un sistema de control, que verifique el correcto funcionamiento
de la demanda de la energía eléctrica para la producción alimenticia, en la empresa
PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de la ciudad de Arequipa.
124
CONCLUSIONES
1. Se ha determinado que existe influencia de las instalaciones de la empresa
PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de la ciudad de
Arequipa, en el consumo eléctrico, por lo que la compensación de energía reactiva,
se debe realizar, bien con condensadores y con filtros armónicos, lo que va a
permitir una adecuada compensación de energía reactiva y calidad de energía en sus
instalaciones productivas.
2. Se ha establecido la posibilidad de optimizar la compensación de energía reactiva
para la PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de la ciudad de
Arequipa, desde los puntos de vista técnico y económico, lo cual va a mejorar la
producción y disminuir los costos de uso de la energía eléctrica, sobre todo por la
eficiente compensación de la energía reactiva.
3. Se ha identificado que es sumamente importante el control del suministro y su
respectiva facturación, del consumo de energía eléctrica en la producción
alimenticia, en la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN
E.I.R.L., de la ciudad de Arequipa, incluyendo aspectos de mediciones y de
seguridad física y personal.
4. Se ha logrado conocer la suficiencia de los equipos y el control, de la demanda de
la energía eléctrica en la producción alimenticia, en la empresa PRODUCTOS
ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de la ciudad de Arequipa, considerando
los reglamentos y estándares respectivos, tanto en las plantas productivas, como en
los ambientes administrativos.
5. Se ha validado la hipótesis, de que, presentando una propuesta de un módulo de
compensación de energía reactiva, preferentemente basada en un banco de
condensadores, permita mejorar el ahorro de energía eléctrica en la empresa
PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de la ciudad de
Arequipa - Perú, lo que se va a percibir en la menor facturación por la adquisición
de la energía eléctrica durante su proceso.
125
RECOMENDACIONES
1. Que se acepte la importancia respectiva a la influencia de las instalaciones de la
empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de la ciudad de
Arequipa, en el consumo eléctrico, respecto a la compensación de energía reactiva,
debiendo realizarse, con condensadores, lo que va a permitir una adecuada
compensación de energía reactiva en sus instalaciones productivas.
2. Que se considere prioritariamente la posibilidad de optimizar la compensación de
energía reactiva para la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN
E.I.R.L., de la ciudad de Arequipa, desde los puntos de vista técnico y económico,
lo cual va a mejorar la producción y disminuir los costos de uso de la energía
eléctrica, sobre todo por la eficiente compensación de la energía reactiva, para que
sea óptimo y eficiente su funcionamiento.
3. Que cree conciencia en el personal, que es sumamente importante el control del
suministro y su respectiva facturación, del consumo de energía eléctrica en la
producción alimenticia, en la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL
CATALÁN E.I.R.L., de la ciudad de Arequipa, sobre todo teniendo en cuenta los
aspectos de mediciones periódicas, y de seguridad física y personal.
4. Capacitar sobre suficiencia de los equipos y el control, de la demanda de la energía
eléctrica en la producción alimenticia, en la empresa PRODUCTOS
ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de la ciudad de Arequipa, considerando
los reglamentos y estándares respectivos, tanto en las plantas productivas, como en
los ambientes administrativos.
5. Que se plantee una línea de diseño y fabricación, sobre la compensación de energía
reactiva, preferentemente basada en un banco de condensadores, para que permita
mejorar el ahorro de energía eléctrica en las empresas productivas alimenticias de la
ciudad de Arequipa - Perú.
126
PROPUESTA
PERFIL DE UN MÓDULO DE COMPENSACIÓN DE LA ENERGÍA
REACTIVA, BASADO EN UN BANCO DE CONDENSADORES, PARA
MEJORAR EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN LA EMPRESA
PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., AREQUIPA - PERÚ,
2019
ASPECTOS CONCEPTUALES
Compensación de energía reactiva
Es el proceso para reducir o eliminar la demanda de energía reactiva presente en un
sistema eléctrico, mediante la instalación de unos condensadores y filtros armónicos,
incrementando la ratio de la potencia activa/útil respecto a la total.
Instalaciones
Es el acto y la consecuencia de instalar, referida a establecer o situar algo, en el lugar
debido. El término también puede aludir al conjunto de los elementos instalados y al
espacio que dispone, de todo lo necesario para el desarrollo de una determinada
actividad.
Optimización
Quiere decir buscar mejores resultados, más eficacia o mayor eficiencia, en el
desempeño de alguna tarea. De allí que términos sinónimos sean mejorar, optimar o
perfeccionar.
Condensadores
Es un componente eléctrico que almacena carga eléctrica en forma de diferencia de
potencial, para liberarla posteriormente. También se suele llamar capacitor eléctrico.
Técnica
Es la manera en que un conjunto de procedimientos, materiales o intelectuales, es
aplicado en una tarea específica, con base en el conocimiento de una ciencia o arte, para
obtener un resultado determinado.
127
Suministro
Consiste en una actividad que se desarrolla con el propósito de satisfacer las
necesidades de consumo de una estructura económica, ya sea empresa o familia, dicho
suministro debe efectuarse en tiempo y forma.
Facturación
Una factura es un documento de carácter mercantil que indica una compraventa de un
bien o servicio, y que, entre otras cosas, debe incluir toda la información de la
operación.
Equipos
Es la recopilación de materiales, suministros, aparatos o amueblado necesario, para la
creación de un sistema hombre-máquina eficaz.
Banco de condensadores
La disminución del factor de potencia mediante la tecnología de bancos de condensadores se
realiza con la finalidad de equilibrar las cargar reactivas y así evitar las sanciones por parte
de la empresa proveedora de energía eléctrica, con esta tecnología se disminuyen las caídas
de tensión, las pérdidas de energía, y se amplía la capacidad de transmisión de potencia
activa en los conductores. Los Bancos de Condensadores pueden ser fijos o automáticos,
dependiendo del diagrama de carga de energía reactiva, de la potencia a compensar, del
nivel de tensión de la red eléctrica y del tipo de carga.
Eficiencia energética
La eficiencia energética es el uso eficiente de la energía, se da cuando se hace uso de la
energía eléctrica en menos cantidad para producir lo mismo sin alterar nuestra producción.
También es importante mencionar que con esta práctica nos ayuda a ahorrar dinero y
mejorar nuestra economía, ya que al reducir los costos de producción u operación de las
empresas nos permite mejorar la competitividad de las mismas, reduce los gastos de energía
en las familias.
128
ASPECTOS NORMATIVOS
Resolución OSINERGMIN-182-2009-OS-CD
La presente Norma tiene por objeto establecer las Opciones Tarifarias y Condiciones de
Aplicación de las Tarifas a Usuario Final. Están comprendidos dentro del alcance de la
presente Norma, las empresas distribuidoras de electricidad y los usuarios del servicio
público de electricidad.
En particular, quedan incluidos los usuarios libres que decidan pertenecer a la condición
de cliente regulado de conformidad con la Primera Disposición Complementaria Final
de la Ley N° 28832, Ley para Asegurar el Desarrollo Eficiente de la Generación
Eléctrica, concordado con el artículo segundo del Reglamento de la Ley de Concesiones
Eléctricas, aprobado mediante Decreto Supremo Nº 009-93-EM y el artículo tercero del
Reglamento de Usuarios Libres de Electricidad, aprobado por Decreto Supremo Nº 022-
2009-EM.
Normas nacionales
✓ Decreto Supremo N° 020-97-EM, Norma Técnica de Calidad de los Servicios
Eléctricos.
✓ Resolución Ministerial Nº 137-2009-MEM/DM, que establece el Sistema de
Medición Centralizada.
✓ Ley N° 28832, Ley para Asegurar el Desarrollo Eficiente de la Generación Eléctrica.
✓ Resolución OSINERGMIN N° 423-2007-OS/CD, que fija los presupuestos y cargos
mensuales de reposición y mantenimiento de la conexión eléctrica.
✓ Ley Nº 28307, Ley que modifica y amplia los factores de reducción tarifaria de la
Ley Nº 27510, Fondo de Compensación Social Eléctrica (FOSE).
Instalaciones eléctricas y sus componentes
El Sistema de Suministro de Energía Eléctrica, está conformado por el conjunto de
medios y elementos útiles para la generación, el transporte y la distribución de la
energía eléctrica.
Este conjunto está dotado de mecanismos de control, seguridad y protección. Constituye
un sistema integrado que además de disponer de sistemas de control distribuido, está
regulado por un sistema de control centralizado que garantiza una explotación racional
129
de los recursos de generación y una calidad de servicio acorde con la demanda de los
usuarios, compensando las posibles incidencias y fallas producidas.
Asimismo, el sistema precisa de una organización económica centralizada para
planificar la producción y la distribución a los distintos agentes del mercado, tal como
ocurre actualmente en muchos casos, existen múltiples empresas participando en las
actividades de generación, distribución y comercialización.
Medición de la energía eléctrica
La energía tiene las mismas unidades que la magnitud trabajo. En el Sistema
Internacional de unidades (SI), la unidad de trabajo y de energía es el julio (J), definido
como el trabajo realizado por la fuerza de un new- ton cuando desplaza su punto de
aplicación un metro.
Para la energía eléctrica se emplea como unidad de generación el kilovatio-hora (kWh)
definido como el trabajo realizado durante una hora por una máquina que tiene una
potencia de un kilovatio (kW). Su equivalencia es: 1 kWh = 36 × 105 J.
Medidores de inducción
Es un medidor en el cual, las corrientes en las bobinas fijas reaccionan con las inducidas
en un elemento móvil, generalmente un disco, haciéndolo mover. El principio de
funcionamiento es muy similar al de los motores de inducción y se basa en la teoría de la
relación de corriente eléctrica con los campos magnéticos.
ASPECTOS TÉCNICOS
Las fallas en los sistemas industriales que funcionan con energía eléctrica se traducen en
grandes pérdidas económicas, por lo que se hace necesario asociar el mantenimiento
con una tarea preventiva.
Instalaciones de baja tensión
Son el caso más general de instalación eléctrica. En estas, la diferencia de potencial
máxima entre dos conductores es inferior a 1000 voltios (1 kV), pero superior a 24
voltios.
130
Instalaciones de muy baja tensión
Son aquellas instalaciones en las que la diferencia de potencial máxima entre dos
conductores es inferior a 24 voltios. Se emplean en el caso de bajas potencias o
necesidad de gran seguridad de utilización.
Instalaciones receptoras
Las instalaciones receptoras son el caso más común de instalación eléctrica, y son las
que encontramos en la mayoría de las viviendas e industrias. Su función principal es la
transformación de la energía eléctrica en otros tipos de energía. Son las instalaciones
antagónicas a las instalaciones generadoras.
Energía reactiva de las instalaciones eléctricas
Todas las máquinas eléctricas (motores, transformadores...) se alimentan, en corriente
alterna, para dos formas de consumo: el que transforman en potencia activa, con las
correspondientes pérdidas por efecto Joule (calentamiento), y el correspondiente a la
creación de los campos magnéticos, que denominamos reactiva. La energía activa
corresponde a la potencia activa dimensionada en W, y se transforma íntegramente en
energía mecánica (trabajo) y en calor (pérdidas térmicas). Los receptores que absorben
únicamente este tipo de energía se denominan resistivos.
Una inversión de alta rentabilidad
Cuando hablamos de ahorro y de eficiencia energética hemos oído hablar de la energía
reactiva. Siempre nos han explicado que reduce la eficiencia de las instalaciones, que es
mala para la red eléctrica y, sobre todo, que si consumimos energía reactiva tenemos
una penalización en la factura eléctrica. Desde el punto de vista de la distribución
eléctrica, la existencia de la energía reactiva no es asumible desde un punto de vista
económico.
Importancia de la Optimización Económica en la Compensación de Energía
Reactiva
Se puede determinar la especificación óptima de los condensadores de compensación
para una instalación existente a partir de las siguientes consideraciones principales:
❖ Facturas de electricidad anteriores a la instalación de los condensadores.
❖ Estimación de las próximas facturas eléctricas
131
❖ Costos de: adquisición de condensadores y equipos de control (contactores,
reguladores, armarios, etc.).
❖ Costos de instalación y mantenimiento
❖ Costo de las pérdidas de calor dieléctricas en los condensadores frente a las pérdidas
reducidas en los cables, transformador, etc., tras la instalación de los condensadores.
Construir un banco de condensadores y un panel de compensación de potencia
reactiva para tensión y potencia como para la Empresa Productos Alimenticios El
Catalán E.I.R.L.
Esquema general
Dimensiones de la carcasa
132
Condensadores cilíndricos secos
La seccion del banco de condensadores desafinados
133
Regulador del factor de potencia RMB 10.6: una versión en miniatura del regulador,
diseñada para baterías de condensadores pequeños y de bajo costo. Montaje en riel DIN
de 35 mm. Tiene 6 salidas en relés de contacto.
134
REFERENCIAS
1. Enríquez Harper Gilberto. Instalaciones Eléctricas Residenciales e Industriales,
2008
2. https://es.wikipedia.org/wiki/Instalaci%C3%B3n_el%C3%A9ctrica
3. https://www.electricaplicada.com/banco-de-condensadores/
4. F. Spitta Albert, G. Seip Günter. Instalaciones Eléctricas, Oct – Nov. 2008
5. http://www.sectorelectricidad.com/13810/armonicos-que-son-y-como-nos-afectan/
6. http://www.genergetica.com/compensacion-de-la-energia-reactiva/
7. FREDY SANTIAGO LLUMIQUINGA LOYA DISEÑO DE UN BANCO DE
CONDENSADORES PARA LA
8. CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA DE LA EMPRESA
9. BANCHISFOOD S.A QUITO, MARZO 2012.
10. Artículo IEEE, septiembre 2008
11. https://riverglennapts.com/es/capacitor-bank/139-types-of-capacitor-bank.html
12. http://www.aloj.us.es/notas_tecnicas/Compensacion_de_la_Energia_Reactiva.pdf
13. https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_suministro_el%C3%A9ctrico
14. DAVID OMAR TORRES GUTIERREZ, Trabajo de Tesis
15. “LOCALIZACIÓN OPTIMA DE CAPACITORES E REDES DE
16. DISTRIBUCIÓN PARA MEJORAR LA EFICIENCIA ENERGÉTICA DEL
17. SISTEMA ELÉCTRICO CHUNGAR-VOLCAN” Huancayo, Universidad
18. Nacional del Centro del Perú 2017.
19. http://www.minem.gob.pe/minem/archivos/file/DGEE/eficiencia%20energetica/pu
blicaciones/guias/13_%20guia%20industria%20de%20alimentos%20DGEE.pdf
20. https://issuu.com/revistaindustria alimentaria/docs/revista26
21. Capítulo L Mejora del Factor de Potencia y Filtrado de Armónicos L4
22. PAREDES NÚÑEZ, Julio E (2003): “Manual para la Investigación Científica”.
UCSM. Arequipa.
23. PALOMEQUE, Silvia (1983): “Ahorro de energía eléctrica en las empresas” PAZ
SOLDÁN, Mariano
24. https://electrical-engineering-portal.com/building-capacitor-bank-reactive-power-
compensation-panel
135
ANEXOS
136
PLAN DE TESIS
137
PLANTEAMIENTO TEÓRICO
1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
1.1 Identificación del problema
Llegué a este tema para mi tesis, porque a lo largo de mi experiencia de trabajo,
aprecié que el diseño de un sistema de corrección del factor de potencia,
pretende optimizar el ahorro en el consumo de energía eléctrica, mediante el
uso de banco de condensadores, brindando opciones en la automatización del
proceso de la eficiencia energética, tomando nuevas alternativas técnicas en la
compensación de la energía reactiva.
Por eso, conociendo los problemas de consumo de energía eléctrica de la
empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., me pareció
interesante tratar de optimizar el recurso energético en la empresa, aplicando
aspectos de la tecnología de la energía reactiva, mediante la corrección del
factor de potencia por medio de banco de condensadores, con el propósito de
reducir los costos por facturación de adquisición de la energía eléctrica,
teniendo como consecuencia integrada la probable reducción en los diferentes
costos de producción, en la elaboración de productos cárnicos alimenticios.
1.2 Enunciado del problema
Inexistencia de un módulo de compensación de la energía reactiva,
basado en un banco de condensadores, que permita mejorar el ahorro
de energía eléctrica en la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL
CATALÁN E.I.R.L., Arequipa - Perú, 2019, que se pueda plasmar en la
menor facturación por la adquisición de la energía eléctrica durante su
proceso.
1.3 Descripción del problema
a. Tipo de investigación
Esta investigación es del tipo de una investigación aplicada, ya que se va a
utilizar los resultados obtenidos, como una solución a un problema de alto
consumo de energía eléctrica, en los procesos de elaboración de productos
138
alimenticios de la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN
E.I.R.L., en Arequipa - Perú.
b. Nivel de investigación
El nivel de investigación, es el explicativo, ya que se va a tratar de dar una
presentación procedimental real, de algunos aspectos relacionados al
consumo de energía eléctrica reactiva, en los procesos de elaboración de
productos alimenticios de la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL
CATALÁN E.I.R.L., en Arequipa - Perú, que pueda dar solución al problema
planteado.
2. JUSTIFICACIÓN
2.1 Aspecto social
Desde el punto de vista social, se justifica la investigación, porque actualmente
la penalización por bajo factor de potencia se ha incrementado, y como
consecuencia las industrias afectadas pagan mucho más en su factura eléctrica
innecesariamente, tal es el caso de empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL
CATALÁN E.I.R.L. Los bancos de capacitores ayudan a compensar y
estabilizar el factor de potencia, adaptándose a las variaciones de carga;
redundando en un beneficio inmediato, al eliminar las causas de penalización
para las empresas.
2.2 Aspecto tecnológico
Desde el punto de vista técnico, se justifica la investigación, porque la propuesta
de un módulo de compensación basado en un banco de condensadores, sobre
todo si es mediante algoritmos genéticos para mejorar el ahorro de energía de la
empresa, mejorará la confiabilidad del sistema eléctrico, asegurará el nivel de
tensión, reducirá el costo de su facturación de energía eléctrica, afrontará las
necesidades del crecimiento actual y futuro, y dará solución al exceso de
consumo de energía reactiva.
En las industrias del tipo de la de la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS
EL CATALÁN E.I.R.L., se hace mucho más frecuente la necesidad de utilizar
139
compensadores de potencia reactiva, debido a la diversidad de cargas existentes
de naturaleza inductiva.
2.3 Aspecto económico
Desde el punto de vista económico, se justifica la investigación, porque una
propuesta de un módulo de compensación de la energía reactiva, basado en un
banco de condensadores, permitirá obtener beneficios como: disminución de
las pérdidas en los conductores, reducción de las caídas de tensión,
aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores y líneas de
distribución, incremento de la vida útil de las instalaciones, un menor costo en el
consumo de energía eléctrica mensual para la empresa; ya que al mejorar el
factor de potencia, como lo que se lograría en la empresa PRODUCTOS
ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., no se pagarían penalizaciones por
mantener un bajo factor de potencia, mejorando la calidad de la tensión eléctrica.
3. ALCANCE
La solución de este problema beneficiará a los dueños, trabajadores y público en
general, relacionados a la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN
E.I.R.L., porque contar con un módulo de compensación de la energía reactiva,
basado en un banco de condensadores, traerá consigo beneficios como mejorar el
ahorro de energía eléctrica en la empresa, reducir los costos por facturación de
adquisición de la energía eléctrica, teniendo como consecuencia integrada la probable
reducción en los diferentes costos de producción, en la elaboración de productos
cárnicos alimenticios.
4. ANTECEDENTES
- Tesis “UBICACIÓN OPTIMA DE BANCOS DE CONDENSADORES PARA
MEJORAR LA EFICIENCIA DE ENERGÍA EN SISTEMA DE BOMBEO DE
LA MINA ANIMON”, del Ing. JUAN RUBÉN UGARTE MARTÍNEZ, de la
Universidad Nacional del Centro del Perú, de Huancayo, Perú - 2018, cuya
conclusión principal es: “Con la instalación de Bancos de Condensadores
evitaremos caídas de tensión en otras barras de 0.48kV y 4.16kV del Sistema
Eléctrico CHUNGAR como también el aumento de las pérdidas en conductores y
140
la Sobrecarga de transformadores, generadores y líneas de distribución”, la que
se va en tener en cuenta para el desarrollo de la investigación.
- Tesis “DISEÑO DE UN BANCO DE CONDENSADORES PARA LA
CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA DE LA EMPRESA
BANCHISFOOD S.A.”, del Ing. FREDY SANTIAGO LLUMIQUINGA
LOYA, de la UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA, de Quito,
Ecuador - 2012, cuya conclusión principal es: “Una vez calculado la potencia
reactiva del banco de condensadores se procedió a buscar en el mercado si
existían, para de esta manera tener datos reales de los costos, en algunos casos
los valores calculados de potencia, corriente no coincidían con los valores de los
elementos que existen en el mercado”, la que se tomará en cuenta para el
desarrollo de la investigación.
5. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
6. INTERROGANTES
- ¿Influyen en las instalaciones de la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL
CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa, que la compensación de energía reactiva, se
realice con condensadores o con filtros armónicos?
- ¿Se puede optimizar la compensación de energía reactiva para la empresa
PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa, desde los
puntos de vista técnico y económico?
VARIABLE INDICADORES SUBINDICADORES
Compensación de energía
reactiva
Instalaciones Condensadores
Filtros armónicos
Optimización Técnica
Económica
Energía eléctrica en la
producción alimenticia
Consumo Suministro
Facturación
Demanda Equipos
Control
141
- ¿Cómo se controla el suministro y facturación, del consumo de energía eléctrica
en la producción alimenticia, en la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL
CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa?
- ¿Son suficientes los equipos y el control, de la demanda de la energía eléctrica en
la producción alimenticia, en la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL
CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa?
7. MARCO REFERENCIAL
7.1 CONCEPTOS PROPIOS
Compensación de energía reactiva
Es el proceso para reducir o eliminar la demanda de energía reactiva presente en un
sistema eléctrico, mediante la instalación de unos condensadores o filtros armónicos,
incrementando la ratio de la potencia activa/útil respecto a la total.
Producción
Se denomina producción a cualquier tipo de actividad destinada a la fabricación,
elaboración u obtención de bienes y servicios. En tanto la producción es un proceso
complejo, requiere de distintos factores que pueden dividirse en tres grandes grupos, a
saber: la tierra, el capital y el trabajo.
Instalaciones
Es el acto y la consecuencia de instalar, referida a establecer o situar algo, en el lugar
debido. El término también puede aludir al conjunto de los elementos instalados y al
espacio que dispone, de todo lo necesario para el desarrollo de una determinada
actividad.
Optimización
Quiere decir buscar mejores resultados, más eficacia o mayor eficiencia, en el
desempeño de alguna tarea. De allí que términos sinónimos sean mejorar, optimar o
perfeccionar; mientras que antónimos serían desmejorar o empeorar.
Consumo
Es la acción de utilizar y/o gastar un producto, un bien o un servicio para atender
necesidades humanas, tanto primarias como secundarias. En economía, se considera el
142
consumo, como la fase final del proceso productivo, cuando el bien obtenido es capaz
de servir de utilidad al consumidor. Existen bienes y servicios, que se agotan en el
momento de consumirse.
Demanda
Es la cantidad de bienes y servicios que desean adquirir las empresas y los hogares,
dentro de una economía de mercado. Cuando se habla de demanda agregada, dicha
demanda incluye todos los posibles bienes y servicios. La demanda, a su vez, se asocia
con la curva de la demanda, que es la línea representada en ejes cartesianos, donde la
cantidad se expresa en el eje de abscisas y el precio en el de las ordenadas.
Condensadores
Es un componente eléctrico que almacena carga eléctrica en forma de diferencia de
potencial, para liberarla posteriormente. También se suele llamar capacitor eléctrico.
Filtros armónicos
La multiplicación de dispositivos electrónicos de potencia, ha creado la necesidad de
realizar frecuentemente el análisis de armónicos. Entre las posibles soluciones para
eliminar los armónicos, la solución más utilizada son los filtros pasivos, asociación de
condensadores e inductancias sintonizadas en las frecuencias a eliminar.
Otra solución, es la correspondiente a los compensadores activos, dispositivos
electrónicos que aportan un gran nivel de funcionalidades. Una nueva solución de
filtrado asocia la tecnología activa y pasiva, como el filtro híbrido, tecnología que une
las ventajas de las soluciones precedentes y ofrece óptimos resultados económicos.
Técnica
Es la manera en que un conjunto de procedimientos, materiales o intelectuales, es
aplicado en una tarea específica, con base en el conocimiento de una ciencia o arte, para
obtener un resultado determinado. También se conoce como técnica, la destreza o
habilidad particular de una persona, para valerse de estos procedimientos o recursos.
Economía
Es una ciencia social que estudia la forma de administrar los recursos disponibles, para
satisfacer las necesidades humanas. Además, también estudia el comportamiento y las
acciones de los seres humanos.
Suministro
143
Consiste en una actividad que se desarrolla con el propósito de satisfacer las
necesidades de consumo de una estructura económica, ya sea empresa o familia, dicho
suministro debe efectuarse en tiempo y forma.
Facturación
Una factura es un documento de carácter mercantil que indica una compraventa de un
bien o servicio, y que, entre otras cosas, debe incluir toda la información de la
operación.
Equipos
Es la recopilación de materiales, suministros, aparatos o amueblado necesario, para la
creación de un sistema hombre-máquina eficaz.
Banco de condensadores
El aumento del factor de potencia mediante la tecnología de bancos de condensadores se
realiza con la finalidad de equilibrar las cargar reactivas y así evitar las sanciones por
parte de la empresa proveedora de energía eléctrica, con esta tecnología se disminuyen
las caídas de tensión, las pérdidas de energía, y se amplía la capacidad de transmisión de
potencia activa en los conductores. Los Bancos de Condensadores pueden ser fijos o
automáticos, dependiendo del diagrama de carga de energía reactiva, de la potencia a
compensar, del nivel de tensión de la red eléctrica y del tipo de carga.
7.2 MARCO INSTITUCIONAL
Resolución OSINERGMIN-182-2009-OS-CD
La presente Norma tiene por objeto establecer las Opciones Tarifarias y Condiciones de
Aplicación de las Tarifas a Usuario Final. Están comprendidos dentro del alcance de la
presente Norma, las empresas distribuidoras de electricidad y los usuarios del servicio
público de electricidad.
En particular, quedan incluidos los usuarios libres que decidan pertenecer a la condición
de cliente regulado de conformidad con la Primera Disposición Complementaria Final
de la Ley N° 28832, Ley para Asegurar el Desarrollo Eficiente de la Generación
Eléctrica, concordado con el artículo segundo del Reglamento de la Ley de Concesiones
144
Eléctricas, aprobado mediante Decreto Supremo Nº 009-93-EM y el artículo tercero del
Reglamento de Usuarios Libres de Electricidad, aprobado por Decreto Supremo Nº 022-
2009-EM.
Además, se tienen las siguientes normas nacionales sobre el tema:
✓ Decreto Ley N° 25844, Ley de Concesiones Eléctricas (LCE)
✓ Reglamento de la Ley de Concesiones Eléctricas (RLCE), aprobado por Decreto
Supremo N° 009-93-EM.
✓ Decreto Supremo N° 020-97-EM, Norma Técnica de Calidad de los Servicios
Eléctricos.
✓ Resolución Ministerial Nº 137-2009-MEM/DM, que establece el Sistema de
Medición Centralizada.
✓ Ley N° 28832, Ley para Asegurar el Desarrollo Eficiente de la Generación Eléctrica.
✓ Decreto Supremo Nº 022-2009-EM, que aprueba el Reglamento de Usuarios Libres
de Electricidad.
✓ Ley N° 28749, Ley General de Electrificación Rural (LGER)
✓ Decreto Supremo N° 025-2007-EM que aprueba el Reglamento de la Ley General de
Electrificación Rural (RLGER)
✓ Resolución OSINERGMIN N° 423-2007-OS/CD, que fija los presupuestos y cargos
mensuales de reposición y mantenimiento de la conexión eléctrica.
✓ Ley Nº 28307, Ley que modifica y amplia los factores de reducción tarifaria de la
Ley Nº 27510, Fondo de Compensación Social Eléctrica (FOSE).
✓ Resolución OSINERGMIN N° 689-2007-OS/CD, Texto Único Ordenado de la
Norma Procedimiento de Aplicación del FOSE.
✓ Decreto Supremo Nº 006-2009-PCM, que aprueba el Texto Único Ordenado de la
Ley del Sistema de Protección al Consumidor.
Instalaciones eléctricas y sus componentes
El Sistema de Suministro de Energía Eléctrica, está conformado por el conjunto de
medios y elementos útiles para la generación, el transporte y la distribución de la
energía eléctrica. Este conjunto está dotado de mecanismos de control, seguridad y
protección. Constituye un sistema integrado que además de disponer de sistemas de
control distribuido, está regulado por un sistema de control centralizado que garantiza
una explotación racional de los recursos de generación y una calidad de servicio acorde
145
con la demanda de los usuarios, compensando las posibles incidencias y fallas
producidas.
Con este objetivo, tanto la red de transporte como las subestaciones asociadas a ella
pueden ser propiedad, en todo o en su mayor parte y, en todo caso, estar operadas y
gestionadas por una entidad independiente de las compañías propietarias de las centrales
generadoras y de las distribuidoras o comercializadoras de electricidad.
Asimismo, el sistema precisa de una organización económica centralizada para
planificar la producción y la distribución a los distintos agentes del mercado, tal como
ocurre actualmente en muchos casos, existen múltiples empresas participando en las
actividades de generación, distribución y comercialización. En la figura siguiente, se
recogen los distintos componentes del sistema de suministro eléctrico:
Medición de la energía eléctrica
La energía tiene las mismas unidades que la magnitud trabajo. En el Sistema
Internacional de unidades (SI), la unidad de trabajo y de energía es el julio (J), definido
como el trabajo realizado por la fuerza de un new- ton cuando desplaza su punto de
aplicación un metro.
Para la energía eléctrica se emplea como unidad de generación el kilovatio-hora (kWh)
definido como el trabajo realizado durante una hora por una máquina que tiene una
potencia de un kilovatio (kW). Su equivalencia es: 1 kWh = 36 × 105 J.
Para poder evaluar la «calidad energética» de las distintas fuentes de energía, se
establecen unas unidades basadas en el poder calorífico de cada una de ellas. Las más
utilizadas en el sector energético son: kilocalorías por kilogramo de combustible
(kcal/kg), tonelada equivalente de carbón (tec) y tonelada equivalente de petróleo (tep).
Cálculo del consumo de energía eléctrica
El consumo de energía eléctrica se mide en kWh, siendo:
k = kilo = 1000
146
W = watts = vatio = unidad de potencia
H = hora = unidad de tiempo
Un kilovatio hora (kWh), es el equivalente a mantener un consumo de potencia de 1000
vatios durante una hora, 1000 vatios es el equivalente a 10 lámparas de 100 vatios
encendidas al mismo tiempo.
Medidores de inducción
Es un medidor en el cual, las corrientes en las bobinas fijas reaccionan con las inducidas
en un elemento móvil, generalmente un disco, haciéndolo mover. El principio de
funcionamiento es muy similar al de los motores de inducción y se basa en la teoría de
la relación de corriente eléctrica con los campos magnéticos.
7.3 MARCO TEÓRICO
ENERGÍA ELÉCTRICA
Se denomina energía eléctrica a la forma de energía la cual resulta de la existencia de
una diferencia de potencial entre dos puntos que permiten establecer una corriente
eléctrica entre ambos y este se colocara por medio de un conductor.
CONTROL
Selección de las entradas de un sistema de manera que los estados o salidas cambien de
acuerdo a una manera deseada.
FACTOR DE POTENCIA
Es una medida de la eficiencia o rendimiento eléctrico de un receptor o sistema
eléctrico, también llamado al cociente entre la potencia activa y la potencia aparente,
que es coincidente con el coseno del ángulo entre la tensión y la corriente cuando la
forma de onda es sinusoidal pura.
POTENCIA ELÉCTRICA
La potencia eléctrica es la proporción por unidad de tiempo, o ritmo, con la cual la
energía eléctrica es transferida por un circuito eléctrico. Es decir, la cantidad de energía
147
eléctrica entregada o absorbida por un elemento en un momento determinado. La unidad
en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio o watt (W).
POTENCIA APARENTE
La potencia compleja de un circuito eléctrico de corriente alterna, cuya magnitud se
conoce como potencia aparente y se identifica con la letra S, es la suma vectorial de la
potencia que disipa dicho circuito, Esta potencia aparente (S) no es realmente la "útil, y
se pierde durante su operatividad.
POTENCIA ACTIVA
Es la potencia capaz de transformar la energía eléctrica en trabajo. Los diferentes
dispositivos eléctricos existentes convierten la energía eléctrica en otras formas de
energía tales como: mecánica, lumínica, térmica, química, etc. Esta potencia es, por lo
tanto, la realmente consumida por los circuitos y, en consecuencia, cuando se habla de
demanda eléctrica.
POTENCIA REACTIVA
Es una potencia la cual no produce trabajo útil debido a que su valor medio es nulo.
Aparece en una instalación eléctrica en la que existen bobinas o condensadores, y es
necesaria para crear campos magnéticos y eléctricos en dichos componentes. Se
representa por Q y se mide en voltamperios reactivos (VAr).
AUTOMATIZACIÓN
Es la implementación de nuevos equipos y dispositivos que aprovechen la capacidad de
las maquinas existentes, con el fin de realizar tareas secuenciales y sin intervenciones,
todas estas controladas por circuitos y procesadores electrónicos.
SEGURIDAD ELÉCTRICA
Consiste en la reducción del riesgo de los efectos nocivos que puedan dar por la
aplicación de una determinada técnica que involucre la utilización de equipos eléctricos
o trabajos expuestos a la misma.
148
CALIDAD
Es el conjunto de propiedades inherentes a un objeto para satisfacer necesidades
implícitas o explicitas, donde aquella cualidad de cualquier equipo describe el buen
rendimiento, garantía y desempeño en trabajos realizados.
MÁQUINA
Artificio o conjunto de aparatos combinados para recibir cierta forma de energía,
transformarla y restituirla en otra más adecuada o para producir un efecto determinado.
ESTABILIDAD
Condición en la cual las variables críticas de un sistema dinámico se mantienen
invariables o permanecen dentro de unos límites determinados.
SISTEMA
Conjunto de elementos unidos, coordinados y en interacción para lograr unos objetivos
específicos. Un sistema no necesariamente es físico y puede aplicarse a fenómenos
abstractos y dinámicos, tales como los que se encuentran en economía. Por tanto, la
palabra sistema debe interpretarse como una implicación de sistemas físicos, biológicos,
económicos y similares.
PROBLEMAS OCASIONADOS POR LA ENERGÍA REACTIVA
Incremento de las pérdidas en los conductores
- Calentamiento de conductores, acelerando el deterioro de los aislamientos
reduciendo la vida útil de los mismos y pudiendo ocasionar cortocircuitos.
- Disminución de la capacidad de la REE, al tener que generar una electricidad extra
que compense las pérdidas:
▪ Calentamiento en los bobinados de los transformadores de distribución
▪ Disparo de las protecciones sin una causa aparente
Sobrecarga de transformadores y generadores
El exceso de corriente debido a un bajo factor de potencia origina que generadores y
transformadores trabajen con cierto grado de sobrecarga, reduciendo así su vida útil al
sobrepasar sus valores de diseño.
149
Aumento de la caída de tensión
▪ La circulación de corriente a través de un conductor eléctrico produce una caída de
tensión definida por la Ley de Ohm.
▪ El aumento de la intensidad de corriente debido al bajo factor de potencia producirá
una mayor caída de tensión, resultando un insuficiente suministro de potencia a las
cargas en el consumo, reduciendo las cargas su potencia de salida.
Fuente: RTR Energia,2018
Disminución de la Caída de Tensión en las Líneas de Distribución
En el proceso de transporte de la energía eléctrica se produce una caída de tensión, ya
que la corriente debe vencer la impedancia eléctrica propia del conductor (Z).
La caída de tensión se determina mediante la ley de Ohm y es igual al producto de la
intensidad de corriente por la resistencia, luego al sustituir la intensidad demandada por
la potencia conectada al suministro.
Cálculo de la Energía Capacitiva Necesaria para la Compensación
La manera de determinar el factor de potencia que se desea corregir tiene tres partes
fundamentales que se desarrollan el diagrama de bloques de la derecha:
- Cálculo de la potencia reactiva de la instalación.
- Cálculo de la potencia capacitiva necesaria para la compensación.
- Determinación de la variabilidad del factor de potencia (FP) de la instalación.
150
Cálculo de la Energía Reactiva
Calcular la potencia reactiva de una instalación es calcular su factor de potencia (FP),
para ello es necesario hacer un estudio de la instalación mediante, entre otras:
• Un analizador de la red eléctrica.
• Un estudio de los recibos del consumo de energía, como muestra el diagrama de
bloques.
Cálculo de la Potencia Capacitiva
Una vez determinado el FP de la instalación, es necesario decidir el factor de potencia
deseado para eliminar la Energía Reactiva (FP deseado) que será un valor lo más
próximo a la unidad.
8. OBJETIVOS
- Determinar la influencia en las instalaciones de la empresa PRODUCTOS
ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa, que la compensación de
energía reactiva, se realice con condensadores o con filtros armónicos.
- Establecer la posibilidad de optimizar la compensación de energía reactiva para la
empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa,
desde los puntos de vista técnico y económico.
- Identificar el control del suministro y facturación, del consumo de energía eléctrica
en la producción alimenticia, en la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL
CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa.
- Conocer la suficiencia de los equipos y el control, de la demanda de la energía
eléctrica en la producción alimenticia, en la empresa PRODUCTOS
ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa.
151
9. HIPÓTESIS
Dado que, al ubicar óptimamente los bancos de condensadores mediante algoritmos
genéticos, se mejora la eficiencia de energía en sistemas específicos, y que el cálculo
de la capacidad de los bancos de condensadores de los motores de un sistema, mejora
la eficiencia en cada motor; es probable que, presentando una propuesta de un
módulo de compensación de energía reactiva, basado en un banco de condensadores,
permita mejorar el ahorro de energía eléctrica en la empresa EL CATALÁN E.I.R.L.,
Arequipa - Perú, 2019, que se va a percibir en la menor facturación por la
adquisición de la energía eléctrica durante su proceso.
PLANTEAMIENTO OPERACIONAL
1. Técnicas e instrumentos de recolección de datos
a. Para la variable “Compensación de energía reactiva”, se utilizará la técnica de la
Observación, con la aplicación de la siguiente Ficha de Observación Documental:
VARIABLE INDICADOR SUBINDICADOR TÉCNICA INSTRUMENTO
Compensación de
energía reactiva
Instalaciones Condensadores
Observación
Ficha de
Observación
Documental
Filtros armónicos
Optimización Técnica
Económica
Energía eléctrica
en la producción
alimenticia
Consumo Suministro
Observación
Ficha de
Observación de
Campo
Facturación
Demanda Equipos
Control
152
FICHA DE OBSERVACIÓN DOCUMENTAL
Escala de Likert
N/O
Indicadores
Mu
y d
e
acu
erd
o
De a
cu
erd
o
Ind
iferen
te
En
desa
cu
erd
o
Mu
y e
n
desa
cu
erd
o
1. Se da la importancia requerida a la
compensación de energía reactiva.
2. El tipo de instalación, afecta la
compensación de energía reactiva.
3. La instalación de condensadores, mejora
la compensación de energía reactiva.
4. Influyen las instalaciones de
condensadores, en la compensación de
energía reactiva.
5. La instalación de filtros armónicos,
mejora la compensación de energía
reactiva.
6. Influyen las instalaciones de filtros
armónicos, en la compensación de
energía reactiva.
7. La compensación de energía reactiva
optimiza los beneficios a la empresa.
8. Es importante considerar la
optimización, para la compensación de
energía reactiva
9. La optimización técnica de la instalación,
contribuye con la compensación de
energía reactiva
10. La optimización técnica, determina la
compensación de energía reactiva
11. La optimización económica en una
instalación, contribuye en la
compensación de energía reactiva
12. La optimización económica determina la
compensación de energía reactiva
153
b. Para la variable “Energía eléctrica en la producción alimenticia”, se utilizará la
técnica de la Observación, con la aplicación del instrumento de recolección de
datos de la siguiente Ficha de Observación de Campo:
FICHA DE OBSERVACIÓN DE CAMPO
N/O Características S C A N
1. Es importante la energía eléctrica en la
producción alimenticia.
2. Sin energía eléctrica no puede haber
producción alimenticia.
3. Influye el consumo de la energía eléctrica en
la producción alimenticia.
4. Se controla el suministro de energía eléctrica
en la producción alimenticia.
5. Abastece el suministro de energía eléctrica a
la producción alimenticia.
6. Se monitoriza el consumo de energía
eléctrica en la producción alimenticia,
mediante las facturaciones.
7. Es importante la demanda que genera en
energía eléctrica, la producción alimenticia.
8. Se supervisa la demanda de energía eléctrica
de la producción alimenticia.
9. Influyen los equipos en la demanda de la
energía eléctrica, en la producción
alimenticia.
10. La optimización de equipos mejora la
demanda de la energía eléctrica, en la
producción alimenticia.
11. Existe un control de energía eléctrica en la
producción alimenticia
12. La optimización del control, mejora la
demanda de la energía eléctrica, en la
producción alimenticia.
S: Siempre C: Casi siempre A: Algunas veces N: Nunca
2. CAMPO DE VERIFICACIÓN
2.1 Ubicación espacial
154
La presente investigación se realizará en las instalaciones de la empresa
PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., ubicada en Mza. B Lote.
13 P.J. Villa San Juan, Cerro Colorado, de Arequipa - Perú.
2.2 Ubicación temporal
Para la investigación, se aplicarán los instrumentos de recolección de datos, en el
periodo de las tres primeras semanas a la fecha de aprobación del Plan de Tesis.
2.3 Unidades de estudio
Para la variable “Compensación de energía reactiva” y la variable “Energía
eléctrica en la producción alimenticia”, se tomará como referencia a los
documentos, funcionarios, trabajadores y clientes de la empresa PRODUCTOS
ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., Arequipa - Perú.
3. ESTRATEGIAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
3.1 Recolección de datos
Para la variable “Compensación de energía reactiva”, se coordinará con los
funcionarios y trabajadores de la empresa PRODUCTOS ALIMENTICIOS EL
CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa, para la realización de la investigación, y la
aplicación del instrumento de recolección de datos (10 fichas de observación
documental).
Para la variable “Energía eléctrica en la producción alimenticia”, se coordinará
con los funcionarios, trabajadores y clientes de la empresa PRODUCTOS
ALIMENTICIOS EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa, para la realización de
la investigación, y la aplicación del instrumento de recolección de datos (10
fichas de observación de campo).
3.2 Tratamiento de los datos
Los datos que se recopilaran en las fichas de observación y las encuestas, serán
debidamente procesados estadísticamente, para ello se utilizara el programa
Excel, el cual me permitirá presentar los resultados de una manera más clara y
objetiva, a través de tablas y gráficos.
155
3.3 Análisis de la información
Una vez hecha la recopilación de datos, se procederá a realizar una
interpretación objetiva, para hacer un análisis de la información obtenida, lo que
permitirá llegar a las conclusiones y recomendaciones.
156
FICHAS TÉCNICAS
157
FICHA TÉCNICA 1
Observador: Enrique Llaza Imata
Registro: Para la variable “Compensación de energía reactiva”, se aplicará la ficha de
observación documental a los funcionarios y trabajadores de la empresa productos
alimenticios EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa.
Metodología: Método muestral: para la construcción del diseño muestral se ha tomado
como marco muestral, a los funcionarios y trabajadores de la empresa productos
alimenticios EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa.
Diseño muestral: Muestra dirigida a funcionarios y trabajadores
Tasa de respuesta: No se presenta, porque su cálculo no fue contemplado dentro del
proceso, por tratarse de un estudio privado.
Sistema de muestreo: Aplicación directa de la ficha de observación documental a los
observados.
Tamaño de muestra: 10
Margen de error: +/- 2.5%
Nivel de representatividad: 90%
Procedimiento de selección del observado: Los observados fueron elegidos de manera
selectiva.
Nivel de confianza: 95%
Fecha de trabajo de campo: Del 02 al 04 de enero del 2020
Lugares donde se ejecutó la encuesta: Locales de la empresa productos alimenticios
EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa.
Universo de la población encuestada: Población constituida por los funcionarios y
trabajadores de la empresa productos alimenticios EL CATALÁN E.I.R.L., de
Arequipa.
158
FICHA TÉCNICA 2
Observador: Enrique Llaza Imata
Registro: Para la variable “Energía eléctrica en la producción alimenticia”, se aplicará
la ficha de observación de campo a los funcionarios, trabajadores y clientes, de la
empresa productos alimenticios EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa.
Metodología: Método muestral: para la construcción del diseño muestral se ha tomado
como marco muestral, a los funcionarios, trabajadores y clientes, de la empresa
productos alimenticios EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa.
Diseño muestral: Muestra dirigida a funcionarios, trabajadores y clientes
Tasa de respuesta: No se presenta, porque su cálculo no fue contemplado dentro del
proceso, por tratarse de un estudio privado.
Sistema de muestreo: Aplicación directa de la ficha de observación de campo a los
observados.
Tamaño de muestra: 10
Margen de error: +/- 2.5%
Nivel de representatividad: 90%
Procedimiento de selección del observado: Los observados fueron elegidos de manera
selectiva.
Nivel de confianza: 95%
Fecha de trabajo de campo: Del 06 al 10 de enero del 2020
Lugares donde se ejecutó la encuesta: Locales de la empresa productos alimenticios
EL CATALÁN E.I.R.L., de Arequipa.
Universo de la población encuestada: Población constituida por los funcionarios y
trabajadores de la empresa productos alimenticios EL CATALÁN E.I.R.L., de
Arequipa.
159
MATRICES DE SISTEMATIZACIÓN DE
DATOS
161
MATRIZ DE SISTEMATIZACIÓN DE DATOS
VARIABLE "ENERGÍA ELÉCTRICA EN LA PRODUCCIÓN ALIMENTICIA"
UNIDADES
DE
ESTUDIO
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
S C A N S C A N S C A N S C A N S C A N S C A N S C A N S C A N S C A N S C A N S C A N S C A N
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
TOTAL 3 3 3 1 3 4 2 1 3 3 3 1 2 4 2 2 4 2 3 1 5 3 1 1 7 1 1 1 6 2 2 1 7 1 1 1 5 2 2 1 3 3 2 2 4 3 2 1
LEYENDA:
S: SIEMPRE C: CASI SIEMPRE A: ALGUNAS VECES N: NUNCA
