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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE SANTIAGO UTESA Área de Ingeniería y Arquitectura Carrera de Ingeniería Eléctrica APLICACIÓN Y SELECCIÓN DE CAPACITORES PARA MEJORAR EL FACTOR DE POTENCIA EN LA UNIVERSIDAD UTESA, PUERTO PLATA EN EL AÑO 2012 Monografía para optar por el título de Ingenieros Eléctricos PRESENTADA POR: RAMON ARSENIO ROSARIO JENDY MAYOBANEX MILANÉ RODRIGUEZ ASESORES: BERNARDO RODRÍGUEZ JOSÉ A. LAGOMBRA, MA San Felipe de Puerto Plata República Dominicana Abril, 2012
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE SANTIAGO
UTESA Área de Ingeniería y Arquitectura
Carrera de Ingeniería Eléctrica
APLICACIÓN Y SELECCIÓN DE CAPACITORES PARA
MEJORAR EL FACTOR DE POTENCIA EN LA UNIVERSIDAD
UTESA, PUERTO PLATA EN EL AÑO 2012
Monografía para optar por el título de
Ingenieros Eléctricos
PRESENTADA POR:
RAMON ARSENIO ROSARIO
JENDY MAYOBANEX MILANÉ RODRIGUEZ
ASESORES:
BERNARDO RODRÍGUEZ
JOSÉ A. LAGOMBRA, MA
San Felipe de Puerto Plata
República Dominicana
Abril, 2012
INDICE
RESUMEN
INTRODUCCIÓN
CAPÍTULO I. ASPECTOS GENERALES DE LA UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA DE SANTIAGO (UTESA)
1.1 Evolución histórica de UTESA
1.2 Ubicación del recinto en Puerto Plata
1.3 Misión y Visión
1.4 Valores y Filosofía
1.5 Organización y funcionamiento
CAPÍTULO II. EL FACTOR POTENCIA
2.1 Concepto de Factor Potencia
2.2 Tipos de potencias
2.3 Importancia del factor potencia en el sistema eléctrico
2.4 Efectos de un bajo factor potencia
2.5 Ventajas de la corrección del factor potencia
2.6 Factor de potencia actual en UTESA, recinto Puerto Plata
CAPÍTULO III: INSTALACIÓN DE CAPACITORES PARA
MEJORAR EL FACTOR POTENCIA EN UTESA,
RECINTO PUERTO PLATA
3.1 Definición de capacitores
3.2 Funcionamiento de los capacitores
3.3 Comportamientos ideal y real
3.4 Asociaciones de capacitadores
3.5 Tipos de capacitadores utilizados
3.6 Factores que afectan la capacidad
3.7 Capacitores a instalar en UTESA, recinto Puerto Plata
CAPÍTULO IV. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS
RESULTADOS
4.1 Matriz de variables e indicadores del estudio
4.2 Interpretación del instrumento aplicado a los Encargados de diversas
Áreas de UTESA recinto Puerto Plata
HALLAZGOS
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
APÉNDICE
BIBLIOGRAFÍA
RESUMEN
El Factor de Potencia se define como la relación entre la potencia
activa (kW) usada en un sistema y la potencia aparente (kVA) que se
obtiene de las líneas de alimentación. Todos los equipos electromecánicos
que están constituidos por devanados o bobinas, tales como motores y
transformadores necesitan la denominada corriente reactiva para establecer
campos magnéticos necesarios para su operación. La corriente reactiva
produce un desfase entre la onda de tensión y la onda de corriente, si no
existiera la corriente reactiva la tensión y la corriente estarían en fase y el
factor de potencia seria la unidad.
Según el levantamiento realizado en UTESA, de Puerto Plata por los
investigadores, UTESA tiene un factor de potencia aceptable en todo el
recinto, debido a la gran cantidad de lámparas fluorescentes, aire
acondicionado y otros equipos produciendo un bajo voltaje, haciendo que
algunos equipos no trabajen adecuadamente como deben trabajar.
Este problema del factor de potencia en el recinto de UTESA produce
un consumo de amperes de un 10% más de consumo y esto se va a reflejar
en la tarifa energética. Problemática que será resuelta con la instalación de
este banco de capacitadores para hacer subir el factor de potencia. En la
actualidad el factor de potencia está en un 0.94%, lo cual fue medido con un
fasimetro. Se pretende instalar 2 capacitores estáticos de 10.5 a 12.4 kvar
para aumentar el factor de potencia de 0.94% a 0.99 para la iluminación y
uso de equipos en UTESA.
Esta investigación acerca de la selección y aplicación de capacitores
para mejorar el factor de potencia en el recinto UTESA de Puerto Plata
2012 es importante porque un bajo factor de potencia implica un aumento
de la corriente aparente y por lo tanto un aumento de las perdidas eléctricas
en el sistema, es decir indica una eficiencia eléctrica baja, lo cual siempre es
costoso, ya que el consumo de potencia activa es menor que el producto V.l.
(potencia aparente).
También es importante porque como toda empresa que buscar
tener mayor rentabilidad, así la Universidad Tecnológica de Santiago
(UTESA) en su recinto Puerto Plata quiere reducir sus costos, y una de la
forma es reduciendo su consumo eléctrico que se incrementa por la
deficiencia en su factor de potencia.
La Universidad Tecnológica de Santiago surge como resultado de la
interpretación de un grupo de profesionales que visualizaron la necesidad de
un nuevo orden educativo en un momento en el que el país requería de un
personal calificado en las áreas técnicas y profesionales. En el año 1986
abrió sus puertas el recinto UTESA en la ciudad de Puerto Plata, bajo la
aprobación del Consejo Directivo de UTESA dirigido por el Dr. Príamo
Rodríguez Castillo
En esta investigación se utiliza el tipo de estudio exploratorio y
descriptivo: exploratorio porque no existen datos anteriores acerca del
factor de potencia en UTESA recinto Puerto Plata, por lo tanto no se había
realizado un levantamiento del sistema eléctrico y de los equipos eléctricos;
y descriptivo porque todas las variables que componen el objetivo general y
específicos de este estudio son analizados, tales como, el factor de potencia,
potencia reactiva, sistema eléctrico, intensidad de la corriente, los
capacitores, entre otros.
También es de tipo bibliográfica porque la parte teórica fue
consultada en libros relacionados con este tema, revistas de ingeniería y
arquitectura, folletos al igual que trabajos y estudios realizados que se
relacionan con el factor de potencia y los capacitores.
Para la recolección de los datos se hizo una investigación de campo
en el mismo recinto de UTESA en Puerto Plata, para conocer acerca de la
actualidad del sistema. Se les aplicó a los encargados de las diversas áreas
del recinto un cuestionario de 6 preguntas de selección múltiples. Los datos
obtenidos fueron analizados y presentados en tablas y gráficos.
El método que se utilizó es el inductivo porque se partió de conceptos
generales que se aplican a cualquier empresa para llegar a conceptos
específicos que se adapten a la población objeto de este estudio.
Uno de los hallazgos más relevante es que los niveles de voltaje de
UTESA en el recinto de Puerto Plata son 122 voltios en la mañana, 122
voltios en la tarde y 111 voltios en la noche. También se determinó que no
existe estabilidad en los voltajes debido a las fluctuaciones que se observan
durante el transcurso del día. Otro hallazgo es que durante la noche, a las
7:30 pm es que los niveles de voltaje son más bajos en el recinto UTESA de
Puerto Plata.
También el estudio arrojó que la empresa de electricidad está
penalizando a la institución con un 20% por mantener un factor de potencia
por debajo del 0.99.
Otra revelación del estudio es que el 67% de los entrevistados
señalan que los equipos eléctricos se deterioran semestralmente, señalando
el 100% de los encargados de las áreas que los equipos eléctricos se les da
mantenimiento mensualmente.
El estudio concluye que el voltaje en la Universidad Tecnológica de
UTESA recinto Puerto Plata, no tiene estabilidad lo que puede ocasionar un
incremento en el consumo de energía y un deterioro de los equipos
eléctricos. Esto se comprobó porque el voltaje en la mañana y en la tarde es
de 122 voltios, pero en la noche es de 111 voltios.
Otra conclusión de esta investigación es que en UTESA, recinto
Puerto Plata el factor de potencia es de 0.94, lo que se considerado
aceptable aunque no es deficiente. Esta situación se debe a la gran cantidad
de lámparas fluorescentes, aire acondicionado y otros equipos produciendo
un bajo voltaje, haciendo que algunos equipos no trabajen adecuadamente.
Por otro lado, este factor de potencia es la consecuencia de que la compañía
de Electricidad Edenorte esté penalizando a la institución con un recargo de
un 20% por encima de la factura.
Por último se concluye que para mejorar el factor de potencia en esta
institución se debe instalar dos capacitores que contribuyan a incrementar el
factor de potencia de 0.94 a 0.99 y así reducir el consumo de energía
eléctrica al mismo tiempo que se alarga la vida útil de los equipos
eléctricos.
INTRODUCCION
El factor de potencia se define brevemente como un “indicador del
correcto aprovechamiento de la energía eléctrica”. El factor de potencia
toma valores entre 0 y 1, es decir 0% al 100%. Un factor de potencia
inferior al 95%, implica que los artefactos tienen elevados consumos de
energía reactiva, provoca daños por efecto de sobrecargas en las
instalaciones del usuario y las de la Empresa Distribuidora, quien multa al
consumidor mientras dure la anormalidad. Además, produce variaciones de
tensión en el suministro, lo que empeora el rendimiento y funcionamiento
de los artefactos.
Según investigación realizada por Santana (2011) sobre la
remodelación del sistema eléctrico en UTESA, recinto Puerto Plata, éste
determinó que la rehabilitación del área potencia y la automatización de la
planta de emergencia resulta importante porque a través de estas se
mejorarían las condiciones de los principales dispositivos y componentes
que integran el sistema, dentro de los que se encuentran: el fin de línea de
línea de alimentación soterrada trifásico, de todos los registros que
interconectan las tuberías con la subestación, las tuberías, los paneles, los
dispositivos de seguridad eléctrica, entre otras. Al rehabilitar el área de
potencia y automatizar la planta de emergencia, el recinto de UTESA
Puerto Plata obtendría cuantiosos beneficios, ya que disminuirían las fallas
en su sistema eléctrico y las pérdidas tanto energética como económicas.
Esta investigación representa una ventaja para la Universidad
Tecnológica de Santiago (UTESA) recinto Puerto Plata porque con la
corrección del bajo factor de potencia se libera un sistema de efecto (cargas
extra) de la corriente adicional innecesaria que circula por los
transformadores y otros equipos importante del mismo.
Con un Factor de potencia alto se utiliza más eficazmente la energía
comprada y la demanda se reduce al mínimo. La economía se beneficia por
las bajas tarifas aplicadas por algunas empresas de servicio eléctrico a los
usuarios que operan con un alto factor de potencia y se logra un ahorro
considerable al no tener que pagar las multas o sanciones.
Esta investigación se justifica porque los capacitores de potencia son
la forma más práctica y económica para mejorar el Factor de Potencia,
sobre todo en instalaciones existentes. El costo de los capacitores se
recupera rápidamente, tan sólo por los ahorros que se tienen al evitar los
recargos por bajo Factor de Potencia en el recibo de energía eléctrica. Entre
más cerca se conecten los capacitores de la carga que van a compensar,
mayores son los beneficios que se obtienen. Cuando las variaciones de la
carga son significativas, es recomendable el empleo de bancos de
capacitores automáticos.
El objetivo general de este estudio es Analizar la selección y
aplicación de capacitores para mejorar el factor potencia en el recinto
UTESA, Puerto Plata en el año 2012. Para lograr este objetivo, la
investigación se ha planteado los siguientes objetivos específicos:
1. Determinar el comportamiento eléctrico y el factor de potencia en la
Universidad UTESA Puerto Plata.
2. Evaluar los riesgos que conlleva para la institución mantener un bajo
factor de potencia.
3. Determinar la capacidad del banco de capacitores y las ventajas que
significa regularizar el factor de potencia de la Universidad UTESA Puerto
Plata.
Esta investigación se delimita a las instalaciones de la Universidad
Tecnológica de Santiago (UTESA) en el recinto de Puerto Plata, el cual está
ubicado en la avenida Manolo Tavarez Justo de la ciudad y provincia de
Puerto Plata. Cuenta en la actualidad con 2 edificaciones con aulas para
impartir docencia, con un anfiteatro, parqueos para los vehículos de los
estudiantes y profesores, canchas para jugar baloncesto y una cafetería. La
investigación se llevará a cabo en el año 2012.
Para la realización de esta investigación no se tuvo ninguna
limitación.
Este estudio se dividió en cuatro capítulos:
En el capítulo I se presenta los aspectos generales de la Universidad
Tecnológica de Santiago, evolución histórica, ubicación, misión, visión, sus
valores y filosofía así como su funcionamiento y organización.
En el capítulo II se trata del factor de potencia, concepto, tipos de
potencia, importancia del factor de potencia para el sistema eléctrico,
efectos y ventajas.
En el capítulo III se detalla los capacitores a instalar, funcionamiento,
comportamientos, asociaciones, tipos de capacitores y factores que afectan
la capacidad.
En el capítulo IV se presenta la matriz de las variables del estudio, la
interpretación del instrumento aplicado a los encargados de las diversas
áreas de la universidad. Por último, se presentan los hallazgos, conclusiones
y recomendaciones del estudio.
CAPÍTULO I. ASPECTOS GENERALES DE LA UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA DE SANTIAGO (UTESA)
La Universidad Tecnológica de Santiago fue fundada para fomentar
los principios democráticos, promover la cultura nacional, aportar
alternativas y soluciones a los problemas nacionales, prestar servicios
oportunos a la comunidad en el ámbito local e internacional. Por su carácter
de universidad abierta y humanista, ofrece amplias oportunidades en todos
los niveles de la educación superior a las personas con aspiraciones de
superación personal y profesional, acorde con las exigencias del mercado
laboral y el nivel de desarrollo de las fuerzas productivas del país, bajo los
más altos estándares de calidad. El presente capítulo pretende dar a conocer
los datos más importantes de la Universidad Tecnológica de Santiago
(UTESA), recinto Puerto Plata.
1.1 Evolución histórica de UTESA
La Universidad Tecnológica de Santiago surge como resultado de la
interpretación de un grupo de profesionales que visualizaron la necesidad de
un nuevo orden educativo en un momento en el que el país requería de un
personal calificado en las áreas técnicas y profesionales. Como respuestas a
estas necesidades, amparada por la junta fundadora y en sus reglamentos
académico y administrativo, el 12 de noviembre de 1974 inicia sus labores
formales esta institución educativa, adquiriendo su personería jurídica el
19
de abril de 1976, mediante decreto del Poder Ejecutivo #1944.
El carácter tecnológico con que fue concebida esta institución
propicia la creación de carreras de nivel técnico vinculadas a las ciencias
económicas y sociales, dirigido en sus inicios a una población que ya estaba
insertada en los diferentes sectores productivos de la región; así se convierte
en la primera universidad del país en ofrecer un horario nocturno.
Posteriormente la universidad amplia su cobertura con oferta de
nuevas opciones profesionales y su proyección en el orden académico e
institucional así como su desarrollo y crecimiento matricular la hacen
acreedora de meritos y reconocimientos por parte de la comunidad nacional
otorgándole el poder ejecutivo, a través del decreto 3432 del 7 de junio de
1978, la autorización para expedir títulos académicos con la misma fuerza y
validez que tienen las instituciones oficiales o autónomas de igual categoría.
En el año 1986 abrió sus puertas el recinto UTESA en la ciudad de
Puerto Plata, bajo la aprobación del Consejo Directivo de UTESA dirigido
por el Dr. Príamo Rodríguez Castillo mediante el decreto No. 5691
expedido por el Poder Ejecutivo. Con la apertura de este recinto, muchos de
sus ciudadanos ven la oportunidad de cristalizar el sueño de la
profesionalización.
Se empezaron a impartir las carreras de Administración de Empresas,
Informática, Educación, Administración de Empresas Turísticas,
Contaduría Pública, Ciencias Secretariales, Derecho y Psicología, las cuales
eran impartidas en la Escuela Antera Mota, siendo ésta concedida en
calidad de préstamo por la Secretaría de Estado de Educación por un
período de 10 años, hasta la construcción del edificio donde se encuentra
alojado el recinto hoy día.
En el año 1997 – 1998 el recinto de Puerto Plata dio apertura a su
colegio experimental del nivel medio. El Colegio Utesiano de Estudios
Integrados. En este centro educativo se forman bachilleres en la modalidad
técnico-profesional y en la general, con los conocimientos y habilidades que
les permitan ingresar a la universidad en el mercado laboral.
1.2 Ubicación del recinto en Puerto Plata
La Universidad Tecnológica de Santiago (UTESA) recinto Puerto
Plata se encuentra ubicada en la avenida Manolo Tavárez Justo, Puerto
Plata, a la falda de la Loma Isabel de Torres, con unos 25,000 metros
cuadrados de terreno.
1.3 Misión y Visión
Misión
La misión consiste en preparar y capacitar individuos, enseñar y
promover la investigación científica así como la producción de bienes y
servicios, dirigidos a la sociedad en igualdad de oportunidades sin
distinción de personas.
Visión
Su visión es ser la Universidad privada más importante del país.
Como institución formadora asume su papel, sostenida en los principios
éticos, que vigilan por el respeto a los derechos y dignidad de las personas.
1.4 Valores y Filosofía
UTESA tiene una filosofía que representa el conjunto de
consideraciones y reflexiones generales de los principios fundamentales
sobre los pensamientos y acciones a seguir para alcanzar sus metas y lograr
sus objetivos.
1.5 Organización y funcionamiento
Las organizaciones formales vienen señaladas por la estructura
misma de la organización donde se establece de antemano la cadena de
mando que la acompaña y donde se especifican la autoridad y la
responsabilidad y se señalan los departamentos con sus respectivos
dirigentes. La organización de UTESA es formal, tiene claramente
establecido los niveles jerárquicos y los diferentes departamentos los cuales
laboran de manera coordinada para que el centro docente tenga un buen
funcionamiento. Además, es centralizada, pues todas las órdenes vienen de
la sede central. La comunicación es de forma cruzada para los niveles
medios con la alta gerencia.
El recinto Puerto Plata está dirigido por Sol Graveley de Mena, MA.
quien tiene la responsabilidad de coordinar las actividades que se realizan
en el mismo. El horario de clases es de lunes a viernes de 4:45 p.m. a 10:00
p, y los sábados de 7:00 a.m. a 7:45 p.m.
En lo que respecta al personal docente, está formado por 115
profesores altamente capacitados incluyendo a los directores de carreras y
departamentos, ubicados de acuerdo a su área de profesión. Cuenta con una
población estudiantil de 2,346 estudiantes entre adolescentes, jóvenes
y
adultos de los distintos estratos sociales.
Las carreras que se imparten en el recinto son: Administración de
Empresas, Administración de Empresas Turísticas, Administración de
Oficina, Contaduría Pública, Derecho, Educación mención Ciencias
Naturales, Educación, mención Ciencias Sociales, Educación mención
Letras Modernas, Educación mención Matemática-física, Electrónica
Digital Micro Computacional, Electricidad Industrial, Ingeniería en
Informática, Ingeniería Eléctrica, Mercadeo y Psicología. Todas ellas se
ofrecen a nivel técnico y profesional, excepto la carrera de Derecho y
Psicología que sólo se ofrecen a nivel profesional.
La institución posee dos edificios, nombrados A y B; el Edificio A
cuenta con cuatro niveles mientras que el B existe como complemento o
auxilio moderado con un solo nivel en el que sólo se imparten clases.
Su estructura interna está integrada por los siguientes puestos:
Rectoría, Vicerrectorías Académicas y Recintos, Dirección de Recintos,
Coordinación Académica, Dirección de Carreras, Direcciones, Admisiones,
Registro y Cómputos, Admisiones, Dirección de Registro, Dirección de
Cómputos, Departamento de Educación Continuada (CEDESE), Dirección
Departamento de Orientación, Dirección de Biblioteca, Dirección
Departamentos de Investigación y Profesores.
Tiene su sala de audiencia donde los estudiantes de Derecho realizan
sus prácticas. Digno de resaltar es el moderno restaurante que construyó el
recinto para las prácticas de los estudiantes de turismo con modernos
equipos. Su estructura está reforzada con otras áreas como son: Auditorio,
Anfiteatro, Cafetería, Áreas verdes y amplios parqueos.
Sus oficinas administrativas se encuentran equipadas con modernos
aparatos electrónicos. Posee laboratorios para el área de informática,
electrónica, biología y química, todo lo cual garantiza una educación mayor
y mejor calidad. A la Biblioteca virtual los estudiantes pueden acceder a
bajo costo, para buscar información que amplíen sus conocimientos.
CAPÍTULO II. EL FACTOR POTENCIA
El factor de potencia se puede definir como la relación que existe
entre la potencia activa (KW) y la potencia aparente (KVA) y es indicativo
de la eficiencia con que se está utilizando la energía eléctrica para producir
un trabajo útil. El origen del bajo factor de potencia son las cargas de
naturaleza inductiva, entre las que destacan los motores de inducción, los
cuales pueden agravarlo si no se operan en las condiciones para las que
fueron diseñados.
2.1 Concepto de Factor Potencia
Se denomina factor de potencia 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, etc. O sea
que el factor de potencia debe tratarse que coincida con el coseno phi pero
no es lo mismo.
Según Ramírez (1998)El Factor de Potencia es el nombre dado a la
relación de la potencia activa usada en un circuito, expresada en vatios o
kilovatios (KW), a la potencia aparente que se obtiene de las líneas de
alimentación, expresada en voltio-amperios o kilovoltio-amperios (KVA).
Otra definición es la que presenta Brown (1990) de que el factor
de potencia se define brevemente como un “indicador del correcto
aprovechamiento de la energía eléctrica.
Ramírez (1998) denomina factor de potencia 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, etc. O sea que el factor de potencia debe tratarse que coincida con el
coseno phi pero no es lo mismo.
“Se define factor de potencia de un circuito de corriente alterna,
como la relación entre la potencia activa, P, y la potencia aparente, S, si las
corrientes y tensiones son ondas perfectamente senoidales. Si las corrientes
y tensiones son ondas perfectamente senoidales, el factor de potencia será
igual a cos ϕ o como el coseno del ángulo que forman los fasores de la
corriente y la tensión, designándose en este caso como cos φ, siendo φ el
valor de dicho ángulo.” (Will, 2007)
Edminister (1993) señala que el Factor de Potencia es el conjunto de
todos los elementos eléctricos que intervienen directamente en los procesos
de generación, transformación, transmisión y distribución de la energía
eléctrica forma un todo único de operación conjunta, de aquí se deriva que
casi toda la electricidad que se consume en las industrias, fábricas, hogares
todos son elementos que pueden considerarse equipos consumidores de
energía eléctrica.
2.2 Tipos de potencias
Existen diferentes tipos de potencias, las cuales se mencionan a
continuación:
Potencia Activa
La potencia efectiva o real es la que en el proceso de transformación
de la energía eléctrica se aprovecha como trabajo.
Cuando se conecta una resistencia (R) o carga resistiva en un circuito
de corriente alterna, el trabajo útil que genera dicha carga determinará la
potencia activa que tendrá que proporcionar la fuente de fuerza
electromotriz (FEM). La potencia activa se representa por medio de la letra
(P) y su unidad de medida es el watt (W). Los múltiplos más utilizados del
watt son: el kilowatt (kW) y el megawatt (MW) y los submúltiplos, el
miliwatt (mW) y el microwatt (W).
La fórmula matemática para hallar la potencia activa que consume un
equipo eléctrico cualquiera cuando se encuentra conectado a un circuito
monofásico de corriente alterna es la siguiente:
De donde:
P = Potencia de consumo eléctrico, expresada en watt (W)
I = Intensidad de la corriente que fluye por el circuito, en ampere (A)
Cos = Valor del factor de potencia o coseno de “fi”
Potencia Reactiva
La potencia reactiva es la encargada de generar el campo magnético
que requieren para su funcionamiento los equipos inductivos como los
motores y transformadores.
Esta potencia la consumen los circuitos de corriente alterna que
tienen conectadas cargas reactivas, como pueden ser motores,
transformadores de voltaje y cualquier otro dispositivo similar que posea
bobinas o enrollados. Esos dispositivos no sólo consumen la potencia activa
que suministra la fuente de FEM, sino también potencia reactiva.
La potencia reactiva o inductiva no proporciona ningún tipo de
trabajo útil, pero los dispositivos que poseen enrollados de alambre de
cobre, requieren ese tipo de potencia para poder producir el campo
magnético con el cual funcionan. La unidad de medida de la potencia
reactiva es el volt-ampere reactivo (VAR).
La fórmula matemática para hallar la potencia reactiva de un circuito
eléctrico es la siguiente:
De donde:
Q = Valor de la carga reactiva o inductiva, en volt-ampere reactivo (VAR)
S = Valor de la potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA)
P = Valor de la potencia activa o resistiva, expresada en watt (W)
Potencia Aparente
La potencia aparente es la suma geométrica de las potencias efectiva
y reactiva. La potencia aparente (S), llamada también "potencia total", es el
resultado de la suma geométrica de las potencias activa y reactiva. Esta
potencia es la que realmente suministra una planta eléctrica cuando se
encuentra funcionando al vacío, es decir, sin ningún tipo de carga
conectada, mientras que la potencia que consumen las cargas conectadas al
circuito eléctrico es potencia activa (P).
La potencia aparente se representa con la letra “S” y su unidad de
medida es el volt-ampere (VA). La fórmula matemática para hallar el valor
de este tipo de potencia es la siguiente:
De donde:
S = Potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA)
V = Voltaje de la corriente, expresado en volt
I = Intensidad de la corriente eléctrica, expresada en ampere (A)
2.3 Importancia del factor potencia en el sistema eléctrico
La corrección del factor de potencia es importante para los equipos
eléctricos porque representa una:
a) Disminución de las pérdidas en conductores.
b) Reducción de las caídas de tensión.
c) Incremento de la vida útil de las instalaciones.
d) Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y
generadores.
En cuanto a los beneficios económicos también es importante porque
garantiza:
a) Una reducción de los costos por facturación eléctrica.
b) Una eliminación del cargo por bajo factor de potencia.
2.4 Efectos de un bajo factor potencia
López (2006) señala que algunos efectos de un bajo factor de
potencia son:
a. Un bajo factor de potencia aumenta el costo de suministrar la potencia
activa a la compañía de energía eléctrica, porque tiene que ser transmitida
más corriente, y este costo más alto se le cobra directamente al consumidor
industrial por medio de cláusulas del factor de potencia incluidas en las
tarifas.
b. Un bajo factor de potencia también causa sobrecarga en los generadores,
transformadores y líneas de distribución dentro de la misma planta
industrial, así como también las caídas de voltaje y pérdidas de potencia se
tornan mayores de las que deberían ser. Todo esto representa pérdidas y
desgaste en equipo industrial.
De manera invertida, lo que no produce un efecto adverso produce
una ventaja; por lo tanto, el corregir el factor de potencia a niveles más
altos, da como consecuencia:
a. Un menor costo de energía eléctrica. Al mejorar el factor de potencia no
se tiene que pagar penalizaciones por mantener un bajo factor de potencia.
b. Aumento en la capacidad del sistema. Al mejorar el factor de potencia se
reduce la cantidad de corriente reactiva que inicialmente pasaba a través de
transformadores, alimentadores, tableros y cables.
c. Mejora en la calidad del voltaje. Un bajo factor de potencia puede reducir
el voltaje de la planta, cuando se toma corriente reactiva de las líneas de
alimentación. Cuando el factor de potencia se reduce, la corriente total de la
línea aumenta, debido a la mayor corriente reactiva que circula, causando
mayor caída de voltaje a través de la resistencia de la línea, la cual, a su vez,
aumenta con la temperatura. Esto se debe a que la caída de voltaje en una
línea es igual a la corriente que pasa por la misma multiplicada por
la
resistencia en la línea.
d. Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y
generadores.
e. Aumento de la vida útil de las instalaciones.
2.5 Ventajas de la corrección del factor potencia
Yebra (1986) señala que las ventajas de la corrección del factor de
potencia se pueden dividir en los siguientes:
1. Eliminación del cargo por bajo factor de potencia. La compañía
suministradora penaliza a las empresas que presentan un bajo factor de
potencia (inferior a 0.9).
2. Bonificación por un factor de potencia superior al 0.9. Los capacitores
ayudan a liberar la carga del sistema y ayudan a diferir inversiones por parte
de la compañía suministradora.
3. Menores pérdidas en el sistema: Una mejoría del Cos de 0.6 a 0.9 reduce
las pérdidas en 56% y una mejora de 0.6 a 1.0 resultará en una reducción
del
64% de la capacidad.
4. Potencia liberada en el transformador: (kVAs disponibles).
5. La instalación eléctrica puede trabajar más eficientemente.
6. Se prolonga la vida útil de los equipos (cables, motores,
transformadores).
2.6 Factor de potencia actual en UTESA, recinto Puerto Plata
Según el levantamiento realizado en UTESA, de Puerto Plata por los
investigadores, UTESA tiene un factor de potencia aceptable en todo el
recinto, pero debido a la gran cantidad de lámparas fluorescentes, aire
acondicionado y otros equipos, éstos disminuyen el factor de potencia
produciendo un bajo voltaje, haciendo que algunos equipos no trabajen
adecuadamente como deben trabajar.
Este problema del factor de potencia en el recinto de UTESA produce
un consumo de amperes de un 10% más de consumo y esto se va a reflejar
en el recibo energético. Problemática que será resuelta con la instalación de
un banco de capacitadores para hacer subir el factor de potencia.
En la actualidad el factor de potencia está en un 0.94%, lo cual fue
determinado según los datos del recibo energético y mediante la siguiente
fórmula:
CAPÍTULO III: INSTALACIÓN DE CAPACITORES PARA
MEJORAR EL FACTOR POTENCIA EN UTESA,
RECINTO PUERTO PLATA
Los capacitores son unos de los componentes más comunes de los
circuitos eléctricos y cumplen varias funciones diferentes en un circuito.
Puesto que no proporcionan una trayectoria de conducción para los
electrones, se emplean para bloquear una corriente continua; sin embargo
una corriente alterna puede fluir a través del circuito.
3.1 Definición de capacitores
Se llama capacitor a un dispositivo que almacena carga eléctrica. El
capacitor está formado por dos conductores próximos uno a otro, separados
por un aislante, de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor,
pero con signos contrarios.
En su forma más sencilla, Hasper (2006) define un capacitor como el
que está formado por dos placas metálicas o armaduras paralelas, de la
misma superficie y encaradas, separadas por una lámina no conductora o
dieléctrico. Al conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e
induce una carga de signo opuesto en la otra placa. Por su parte, teniendo
una de las placas cargada negativamente (Q-) y la otra positivamente (Q+)
sus cargas son iguales y la carga neta del sistema es 0, sin embargo, se dice
que el capacitor se encuentra cargado con una carga Q.
Los capacitores pueden conducir corriente continua durante sólo un
instante (por lo cual podemos decir que los capacitores, para las señales
continuas, es como un cortocircuito), aunque funcionan bien como
conductores en circuitos de corriente alterna.
Un capacitor o condensador eléctrico es un dispositivo para
almacenar cargas eléctricas. Consta de dos láminas metálicas separadas por
un aislante o dieléctrico que puede ser aire, vidrio, mica, aceite o papel
encerado. La capacidad o capacitancia de un capacitor se mide por la
cantidad de carga eléctrica que puede almacenar.
3.2 Funcionamiento de los capacitores
Cuando las placas se conectan a una batería, los electrones de la placa
conectada a la terminal positiva de la batería se mueven hacia esta. Esto
provoca que la placa quede cargada positivamente. Al mismo tiempo la
terminal negativa de la batería repele un número igual de electrones hacia la
otra placa, la cual queda cargada negativamente. En esta forma se produce
un voltaje entre las placas. Cuando la batería se retira del circuito, las placas
conservan sus cargas, y el voltaje permanece entre ellas. Si las placas se
conectan entre si se establecerá un flujo de electrones a lo largo del circuito
en sentido opuesto: de la placa negativa a la positiva. Cuando el voltaje
entre las placas disminuye a cero, cesa el flujo de electrones y el capacitor
queda completamente descargado.
Efecto del bloqueo: el voltaje entre las placas de un capacitor
completamente cargado, es igual al voltaje de la batería a la cual se conecta
y, además, de polaridad opuesta. Por esta razón, un capacitor cargado
completamente bloquea la corriente en un circuito. El efecto de bloqueo del
capacitor se emplea en muchos circuitos electrónicos.
Funcionamiento en un circuito de corriente alterna. Cuando un capacitor se
conecta a una fuente de voltaje alterno, la polaridad del voltaje aplicado
cambia a cada semiciclo. Como resultado, el capacitor alternativamente se
carga, descarga y recarga, y cada semiciclo tiene polaridad opuesta.
Reactancia capacitativa: un capacitor permite que fluya corriente alterna en
un circuito, pero se opone a ella. La oposición de un capacitor al flujo de la
corriente alterna se denomina reactancia capacitativa. Esta disminuye
cuando aumenta la frecuencia de la corriente en un circuito. Estas relaciones
son muy importantes en los circuitos de sintonía, en los cuales los
capacitores
determinan la frecuencia a la que operan los circuitos.
Impedancia: la oposición total a la corriente en un circuito que
incluye una combinación de resistencias y reactancia capacitativa, recibe el
nombre de impedancia.
3.3 Comportamientos ideal y real
El condensador ideal (figura 2) puede definirse a partir de la
siguiente ecuación diferencial:
donde C es la capacidad, u(t) es la función diferencia de potencial aplicada
a sus terminales e i(t) la corriente resultante que circula.
Comportamiento en corriente continúa
Un condensador real en CC (DC en inglés) se comporta
prácticamente como uno ideal, es decir, como un circuito abierto. Esto es
así en régimen permanente ya que en régimen transitorio, esto es, al
conectar o desconectar un circuito con condensador, suceden fenómenos
eléctricos transitorios que inciden sobre la d.d.p. en sus bornes
(ver circuitos serie RL y RC).
Comportamiento en corriente alterna
En CA, un condensador ideal ofrece una resistencia al paso de la
corriente que recibe el nombre de reactancia capacitiva, XC, cuyo valor
viene dado por la inversa del producto de la pulsación ( ) por
la capacidad, C:
Si la pulsación se expresa en radianes por segundo (rad/s) y la
capacidad en faradios (F), la reactancia resultará en ohmios.
Al conectar una CA senoidal v(t) a un condensador circulará una
corriente i(t), también senoidal, que lo cargará, originando en sus bornes
una caída de tensión, -vc(t), cuyo valor absoluto puede demostrase que es
igual al de v(t). Al decir que por el condensador "circula" una corriente, se
debe puntualizar que, en realidad, dicha corriente nunca atraviesa
su dieléctrico. Lo que sucede es que el condensador se carga y descarga al
ritmo de la frecuencia de v(t), por lo que la corriente circula externamente
entre sus armaduras.
El fenómeno físico del comportamiento del condensador en CA se
puede observar en la figura 3. Entre los 0º y los 90º i(t) va disminuyendo
desde su valor máximo positivo a medida que aumenta su tensión de carga
vc(t), llegando a ser nula cuando alcanza el valor máximo negativo a los
90º, puesto que la suma de tensiones es cero (vc(t)+ v(t) = 0) en ese
momento. Entre los 90º y los 180º v(t) disminuye, y el condensador
comienza a descargarse, disminuyendo por lo tanto vc(t). En los 180º el
condensador está completamente descargado, alcanzando i(t) su valor
máximo negativo. De los
180º a los 360º el razonamiento es similar al anterior.
De todo lo anterior se deduce que la corriente queda adelantada
90º respecto de la tensión aplicada. Considerando, por lo tanto, un
condensador C, como el de la figura 2, al que se aplica una tensión alterna
de valor:
De acuerdo con la ley de Ohm circulará una corriente alterna, adelantada
90º ( ) respecto a la tensión aplicada (figura 4), de valor:
donde . Si se representa el valor eficaz de la corriente obtenida en
forma polar:
Y operando matemáticamente:
Por lo tanto, en los circuitos de CA, un condensador ideal se puede
asimilar a una magnitud compleja sin parte real y parte imaginaria negativa:
En el condensador real, habrá que tener en cuenta la resistencia de
pérdidas de su dieléctrico, RC, pudiendo ser su circuito equivalente, o
modelo, el que aparece en la figura 5a) o 5b) dependiendo del tipo de
condensador y de la frecuencia a la que se trabaje, aunque para análisis más
precisos pueden utilizarse modelos más complejos que los anteriores.
3.4 Asociaciones de capacitadores
Al igual que las resistencias, los condensadores pueden asociarse en
serie (figura 4), paralelo (figura 5) o de forma mixta. En estos casos, la
capacidad equivalente resulta ser para la asociación en serie:
y para la asociación en paralelo:
Es decir, el sumatorio de todas las capacidades de los condensadores
conectados en paralelo.
Es fácil demostrar estas dos expresiones, para la primera solo hay que
tener en cuenta que la carga almacenada en las placas es la misma en ambos
condensadores (se tiene que inducir la misma cantidad de carga entre las
placas y por tanto cambia la diferencia de potencial para mantener la
capacitancia de cada uno), y por otro lado en la asociación en "paralelo", se
tiene que la diferencia de potencial entre ambas placas tiene que ser la
misma (debido al modo en el que están conectados), así que cambiará la
cantidad de carga. Como esta carga se encuentra en el numerador
( ) la suma de capacidades será simplemente la suma algebraica.
Para la asociación mixta se procederá de forma análoga con las resistencias.
3.5 Tipos de capacitadores utilizados
Ramírez (1998) señala que todos los capacitores se incluyen bajo uno
de dos encabezados generales: fijos, variables o ajustables.
Los Capacitores Fijos:
Los condensadores fijos son aquellos cuya capacidad se fija en
fábrica. Hay ocasiones en que se precisan condensadores cuya capacidad
pueda ser regulada. Cuando disponen de un mando mecánico fácilmente
accesible para tal fin, se llaman variables. Condensadores ajustables son un
tipo especial de condensadores variables, generalmente de pequeña
capacidad, cuyo mando mecánico es menos manejable, ya que, una vez
ajustados no suelen volverse a retocar. Incluso se fija el ajuste por medio de
una gota de lacre o cera. Se les llama generalmente padders y trimmers.
Actualmente existen muchos tipos de capacitores fijos. Algunos de
los más comunes son los de mica, de cerámica, electrolíticos, de tantalio y
de película de poliéster.
Capacitores de mica: Estos pequeños capacitores se fabrican colocando
placas delgadas de estaño con laminas de mica que sirven como aislante. A
continuación, el conjunto se moldea y se encapsula en material plástico.
Este capacitor exhibe excelentes características para variaciones de
temperatura y aplicaciones de alto voltaje. Existe un segundo tipo de
capacitor de mica que se conoce como mica reconstituida, aunque el
término no significa reciclada ni de segunda mano.
Capacitor de cerámica: Son capacitores pequeños muy utilizados en
aparatos de radio y televisión se componen de un material aislante especial
de sobre el que se fijan las placas de plata del capacitor. La componente
completa se trata con un aislamiento especial para que resista el calor y la
humedad. Estos capacitores tienen una corriente de fuga muy baja y se usan
tanto en las redes de cd como de ca.
Capacitor electrolítico. (tipo lata y tipo tubular): Estos se usan con mayor
frecuencia en situaciones donde se requieren capacitancias del orden de uno
a varios miles de microfaradios. Se diseñan principalmente para usarse en
redes en donde se aplicaran voltajes de cd en el capacitor, debido a que
poseen buenas características aislantes entre las placas en una dirección,
pero adquieren las características de un conductor en la otra. Existen
capacitores electrolíticos que pueden usarse en circuitos de ca ( para
encender motores) y en caso donde el capacitor invertirá la polaridad del
voltaje de cd durante breves periodos. La construcción básica del capacitor
electrolítico consiste en un rollo de placa de aluminio recubierto en uno de
sus lados con un oxido de aluminio, donde el aluminio es la placa positiva y
el oxido es el dieléctrico. Se coloca una capa de papel o una gasa saturada
con un electrolito sobre el oxido de aluminio en la placa positiva. Después
se pone otra capa de aluminio sin el recubrimiento de oxido sobre esta placa
para que funcione como la placa negativa. La terminal negativa del
capacitor por lo general es aquella que no tiene una identificación visible en
el encapsulado. La positiva se señala mediante símbolos como +,*, *, etc.
Los de tipo tubular tienen la ventaja de ser más pequeños y tienen un
recipiente metálico encerrado en un tubo aislante y se fabrican también en
unidades dobles, triples y cuádruples en un cilindro.
Capacitores de papel: Esta variedad común de capacitor está constituida
por varias capas de papel de estaño, separadas por papel encerado, como
componente dieléctrico. Los alambres que salen de los extremos se
conectan a las placas de papel de estaño. El conjunto se enrolla
apretadamente, formando un cilindro y se sella con compuestos especiales.
Para proporcionar rigidez, algunos fabricantes encapsulan estos capacitores
en materiales plásticos. Los capacitores moldeados de este tipo soportaran
choques, calor y humedad hasta un punto elevado.
Capacitores de tantalio: Existen fundamentalmente dos tipos de capacitores
de tantalio: el sólido y el húmedo. En cada caso, se comprime polvo de
tantalio de alta pureza en forma rectangular o cilíndrica. Después la
conexión del ánodo (+) simplemente se inserta a presión en las estructuras
resultantes. El resultado es una estructura con un área de superficie muy
grande en un volumen limitado. Mediante la inmersión en una solución
ácida, se deposita un recubrimiento de dióxido de manganeso en el área
superficial grande y porosa. A continuación se añade un electrolito para
establecer contacto entre el área de la superficie y el cátodo, y se produce
un capacitor sólido de tantalio. Si se deposita un ácido húmedo adecuado se
denomina un capacitor de tantalio húmedo.
Capacitor de Mylar (película de poliéster): Un capacitor de Mylar se
construye con placas de hoja metálica delgada y un dieléctrico de Mylar.
Estos se cortan en largas y estrechas tiras y se enrollan juntas, formando un
cuerpo compacto. Los valores de capacitancía van de 0.001 a 1
microfaradio. Los voltajes de trabajos nominales llegan a alcanzar los 1 600
volts. Este capacitor se usa tanto para redes de cd como de ca.
Capacitores variables
Los capacitores variables se emplean para circuitos de sintonía. En
ellos existe menor oposición a una corriente de determinada frecuencia. Un
tipo de capacitor variable, llamado de preajuste, está constituido por dos
placas metálicas, separadas por una hoja de dieléctrico de mica. La
separación entre las placas puede ajustarse con un tornillo. Cuando se
aumenta la distancia entre las placas, disminuye el valor de la capacitancía.
Otro tipo de capacitor variable consta de dos conjuntos de placas
metálicas, separadas por aire o por hojas de aislamiento de mica. Un
conjunto de placas, el conjunto del estator, no se mueve y está aislado del
marco del capacitor en el cual está montado.
El otro conjunto de placas, el conjunto del rotor, está conectado al eje
y por ello puede girarse. Las placas del rotor pueden moverse libremente
dentro o fuera de las placas del estator. Por consiguiente, la capacitancía del
capacitor puede ajustarse en forma sencilla, desde el valor más bajo hasta el
más alto. Su mayor uso se da cuando se requiere un ajuste fino d la
capacitancía, en unión con otros capacitores mayores, a los que se conectan
en paralelo.
3.6 Factores que afectan la capacidad
La capacidad de un condensador depende del tipo de dieléctrico, el
área de las placas y la distancia entre ellas.
Dieléctrico:
El medio que separa las placas de un condensador se llama
dieléctrico, y está constituido por un material no conductor. El aire mismo
es un dieléctrico, y muchos condensadores empleados en aplicaciones
electrónicas son de la variedad de dieléctrico de aire. Diferentes dieléctricos
producen diferentes capacidades. Por ejemplo, un condensador acusara un
mercado aumento de capacidad si su dieléctrico es mica en vez de aire. La
aptitud del material dieléctrico para aumentar la capacidad se llama
constante dieléctrica, rigidez. Cuando la constante dieléctrica es mayor , la
capacidad aumenta.
Como las estructuras de los átomos difieren de un material a otro, la
naturaleza del dieléctrico es un factor importante en la determinación de su
capacidad. En la mayoría de tablas d constantes dieléctricas , k, al aire se le
asigna una constante de 1 y a otros materiales se les asigna un valor que
corresponde al factor por el que multiplican la capacidad cuando
substituyen al aire. Por ejemplo, la mica tiene una constante dieléctrica de
5,5 ya que aumenta en 5,5 veces la capacidad cuando substituye al aire,
mientras el óxido de aluminio tiene una k de 10 porque es 10 veces mayor
que la del aire.
La tensión hasta la cual se puede cargar un condensador con
seguridad sin que se rompa o perfore el dieléctrico afecta también a la
rigidez dieléctrica. Se le suele denominar tensión continua de trabajo, y
varia con la rigidez dieléctrica del material.
Distancia:
El dieléctrico se opone al establecimiento de las líneas
electroestáticas de fuerza entre placas. La carga de un condensador implica
un trabajo a causa de que el dieléctrico se opone a que se establezcan estas
líneas, o el desplazamiento del campo eléctrico normal dentro del
dieléctrico. La energía de la fuente se carga es almacenada con energía
electroestática en el dieléctrico y es devuelta al circuito cuando se descarga
el condensador. Sin embargo, como es necesaria una fuerza para deformar
las orbitas de los electrones en el dieléctrico, la reducción del espesor del
dieléctrico del dieléctrico da por resultado una reducción de la oposición al
flujo electroestático. Por consiguiente, si la separación entre las placas se
reduce empleando un dieléctrico más delgado, el resultado será un
aumento de la capacidad del condensador.
Área de las placas:
Puesto que las placas grandes presentan mayor área para la
distribución de los electrones que las placas pequeñas, el aumento del área
de las placas aumentara la carga a igualdad de tensión y por consiguiente
aumentara la capacidad. Por la definición de capacidad resulta evidente que
el número de electrones que fluyen de una a otra placa será directamente
proporcional al área de la placa. La capacidad de un condensador es pues
directamente proporcional al área activa de sus placas y a mayor área,
mayor capacidad.
También aumenta la capacidad del condensador cuando la distancia
entre sus placas es menor, pero entonces la tensión que puede soportar el
condensador, es decir, la tensión de trabajo es menor. Esto se puede
compensar aumentando el área de las placas, pero la solución para conciliar
estas dos condiciones contradictorias es el empleo de un dieléctrico de
mayor rigidez. Recientemente se han descubierto algunos titanatos
(combinaciones de titanio con otros elementos) cuya constante dieléctrica
es mayor de 100. Los condensadores en que se emplea este tipo de material
dieléctrico tiene muchas aplicaciones en electrónica cuando hay que
economizar.
3.7 Capacitores a instalar en UTESA, recinto Puerto Plata
En el estudio realizado se ha determinado que el recinto UTESA en
Puerto Plata para mejorar el factor de potencia de 0.94 a 0.99 requiere de la
instalación de dos (2) capacitores de 10.4 a 12.5 kvar, el cual fue obtenido
mediante los siguientes cálculos:
El Cos existente en la instalación. Para esto se hace el siguiente cálculo.
Cos existente 0.73 = tg = 0.94
Cos deseado 0.25 = tg = 0.99
Kw. instalados 121
Coeficiente en función del cos según la tabla de condensadores = 0.686
Se multiplica el coeficiente por la carga instalada y da los kvar que se debe
instalar en condensadores.
121 Kw. (0.686) = 83 kvar (En cualquiera que sea el valor nominal de la
tensión.)
Cálculos según la factura o recibo obtenido de la compañía eléctrica
mediante la tg y en cos . Este cálculo es un método muy factible y
práctico para el cálculo de los condensadores.
Potencia = 121 Kw.
Activa = 22,480 Kwh.
Reactiva = 5,680 kvarh.
Q = R (tg deseada – tg actual)
Tg cos
0.94 0.73 según la tabla de condensadores
0.99 0.71
Q = 5,680 (0.73 – 0.71)
Q = 113 kvar
También se pueden seleccionar los capacitores o condensadores según la
siguiente formula.
Q = EA/T (tg deseada – tg actual)
Donde:
EA: Energía total (sumatoria de las 3 potencia)
T: cantidad de horas de trabajo en periodo de medición
Se multiplican las horas por y los días laborables al mes para obtener la tg
a partir del cos se utiliza la tabla.
Nota: este método no es muy factible debido a que las horas de trabajo y los
días laborables no son exacto mensual este método es sugerido a empresas
cuyas horas de trabajo sean fijas y no intervengan los días festivos.
CAPÍTULO IV. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS
RESULTADOS
En este cuarto capítulo se presenta la matriz de las variables del
estudio con sus indicadores y la interpretación del instrumento aplicado a
los encargados de las diversas áreas del recinto UTESA en Puerto Plata, así
como también los hallazgos, conclusiones y recomendaciones.
El objetivo general de esta investigación es analizar la selección y
aplicación de capacitores para mejorar el factor potencia en el recinto
UTESA, Puerto Plata en el año 2012.
De acuerdo al levantamiento realizado en el recinto de UTESA,
Puerto Plata, este recinto tiene un factor de potencia aceptable, sin embargo,
debido la gran cantidad de lámparas fluorescentes, aire acondicionado y
otros equipos instalados, se produce un bajo voltaje, haciendo que algunos
equipos no trabajen adecuadamente como deben trabajar.
Este problema del factor de potencia en el recinto de UTESA Puerto
Plata, produce un consumo de amperes de un 10% más de consumo y esto
se va a reflejar en el recibo energético. Problemática que será resuelta con la
instalación de este banco de capacitadores para hacer mejorar el factor de
potencia.
En la actualidad el factor de potencia está en un 0.94%, lo cual fue
medido con un fasimetro. Se pretende instalar 2 capacitores estáticos de
10.5 a 12.4 kvar para aumentar el factor de potencia de 0.94% a 0.99 para la
iluminación y uso de equipos en UTESA. Esta investigación se plantearán
soluciones para corregir el voltaje del factor de potencia en UTESA por lo
que se han presentado las siguientes inquietudes que se contestarán a través
de la investigación:
Yebra (1986) señala que una de las ventajas de la corrección del
factor de potencia es la eliminación del cargo por bajo factor de potencia.
La compañía suministradora penaliza a las empresas que presentan un
factor de potencia inferior a 0.95.
Esta investigación contestará las siguientes preguntas:
¿Cuáles son los niveles de voltaje en UTESA recinto Puerto Plata?
¿Cuál es el tipo de tensión?
¿En qué horario baja más el voltaje?
¿En qué porcentaje se incrementa el consumo de la electricidad con un bajo
factor potencia?
¿De qué forma se pueden deteriorar los equipos eléctricos?
¿Cuál es el consumo de energía en los equipos?
¿Cómo el incremento del factor potencia disminuye el consumo de energía?
Para la recolección de los datos se aplicó un cuestionario a los tres (3)
encargados de área de UTESA, Recinto de Puerto Plata. Son preguntas de
selección múltiple el cual consta de 6 items. Los resultados obtenidos se
presentarán mediante tablas y gráficos.
La Universidad Tecnológica de Santiago (UTESA) recinto Puerto
Plata se encuentra ubicada en la avenida Manolo Tavárez Justo, Puerto
Plata, a la falda de la Loma Isabel de Torres, con unos 25,000 metros
cuadrados de terreno. En ésta se imparten carreras de licenciatura y
técnicas.
4.1 Matriz de las variables e indicadores del estudio
Objetivos
Específicos
Variables
Definición de
variables
Indicadores
Objetivos de los
indicadores
Fuentes
1. Determinar el
comportamiento
eléctrico y el factor
de potencia en la
Universidad
UTESA Puerto
Plata.
1.1
Comportamiento
1.1.1 Se refiere al
funcionamiento de
la energía eléctrica
en la Universidad
1.1.1.1 Niveles de
voltaje
1.1.1.2 Estabilidad
1.1.1.3 Horario
1.1.1.1.1 Verificar los niveles
de voltaje.
1.1.1.1.2 Determinar el tipo de
tensión
1.1.1.1.3 Identificar el horario
en que más baja el voltaje.
1.1.1.1.1.1 Observación física del nivel
de voltaje.
1.1.1.1.1.2 Contrato con Edenorte.
1.1.1.1.1.3 Observación física en el
recinto UTESA Puerto Plata.
2. Evaluar los
riesgos que
conlleva para la
institución
mantener un bajo
factor de potencia.
2.1. Riesgos 2.1.1 Se refiere a los
daños que pueden
ocasionar un bajo
factor de potencia..
2.1.1.1 Penalización
2.1.1.2 Deterioro de
los equipos
eléctricos.
2.1.1.3 Consumo de
energía
2.1.1.1.1 Determinar en qué
porcentaje se incrementa el
consumo de la electricidad con
un bajo factor potencia.
2.1.1.1.2 Evaluar de
qué forma se pueden deteriorar
los equipos eléctricos.
2.1.1.1.3 Verificar el consumo
de energía en los equipos.
2.1.1.1.1.1 Observación física en el
recinto UTESA Puerto Plata.
2.1.1.1.1.2 Instrumento aplicado a los
encargados de las diversas áreas del
recinto UTESA en Puerto Plata.
2.1.1.1.1.3 Observación física en el
recinto UTESA Puerto Plata.
3. Determinar la
capacidad del
banco de
capacitores y las
ventajas que
significa
regularizar el
factor de potencia
de la Universidad
UTESA Puerto
Plata.
3.1 Capacidad y
Ventajas
3.1.1 Se refiere a la
capacidad máxima
del banco de
capacitores y los
beneficios que
representa para la
empresa
incrementar su
factor potencia
3.1.1.1 Equipos
instalados.
3.1.1.2 Conductores
eléctricos.
3.1.1.3 Tipos de
capacitores.
3.1.1.4 Reducción
de Consumo
Eléctrico
3.1.1.1.1 Listar la cantidad de
quipos instalado en el recinto
académico.
3.1.1.1.2 Identificar el calibre
de los conductores.
3.1.1.1.3 Verificar la
capacidad de los capacitores.
3.1.1.1.4 Determinar como el
incremento del factor potencia
disminuye el consumo de
energía.
3.1.1.1.1.1 Observación física en el
recinto UTESA Puerto Plata.
3.1.1.1.1.2 Observación física en el
recinto UTESA Puerto Plata.
3.1.1.1.1.3 Observación física en el
recinto UTESA Puerto Plata.
3.1.1.1.1.4 Instrumento aplicado a los
encargados de las diversas áreas del
recinto UTESA en Puerto Plata.
4.2 Interpretación del instrumento aplicado a los encargados de las
diversas áreas del Recinto UTESA Puerto Plata
Tabla No. 1
Causas del deterioro de los equipos eléctricos
Opciones Frecuencia Porcentaje
Alto voltaje 1 33.3%
Factor potencia - -
Mala calidad de los equipos - -
Falta de mantenimiento - -
Todas las anteriores 2 67.7%
Ninguna de las anteriores - -
Total 3 100%
El 67.7% de los encargados consideran que el deterioro de los
equipos eléctricos es a causa del alto voltaje, el factor potencia, la mala
calidad de los equipos y la falta de mantenimiento; y el 33.3% opina que se
debe al alto voltaje.
Gráfico No. 1
Frecuencia del deterioro de los equipos eléctricos
El 67% de los entrevistados señalan que los equipos eléctricos se
deterioran semestralmente, mientras que el 33% opina que de forma anual.
Tabla No. 2
Frecuencia con que se les da mantenimiento a los equipos eléctricos
Opciones Frecuencia Porcentaje
Anual - -
Semestral - -
Trimestral - -
Bimensual - -
Mensual 3 100%
Semanal - -
Total 3 100%
El 100% de los entrevistados manifiesta que los equipos eléctricos se
les da mantenimiento mensualmente.
Gráfico No. 2
Incremento del factor potencia para disminuir el consumo de energía
El 67% de los entrevistados manifiesta que siempre el incremento del
factor potencia puede disminuir el consumo de energía y el 33% consideran
que algunas veces.
Tabla No. 3
Forma de evidencia de esta reducción del consumo de energía eléctrica
Opciones Frecuencia Porcentaje
Mayor vida útil de los equipos eléctricos - -
Menos necesidad de mantenimiento - -
Disminución en la facturación mensual 1 33.3%
Todas las anteriores 2 67.7%
Ninguna de las anteriores - -
Total 3 100%
El 67.7% de los encargados de áreas de UTESA, recinto Puerto Plata,
considera que la reducción del consumo de energía eléctrica se evidencia
con una mayor vida útil de los equipos eléctricos, menos necesidad de
mantenimiento y la disminución en la facturación mensual; mientras que el
33.3% opina que la disminución en la facturación mensual.
Gráfico No. 3
Porcentaje de reducción del consumo de energía cuando se incremente
el factor de potencia
El 34% manifiesta que se el consumo de energía se reduce cuando se
incrementa el factor de potencia entre un 60% y 79%; el 33% manifiesta
que entre un 20% a 39% y un 33% en menos de un 20%.
HALLAZGOS
A continuación se presentan los hallazgos encontrados en esta
investigación:
En el objetivo No. 1 “Determinar el comportamiento eléctrico y el
factor de potencia en la Universidad UTESA Puerto Plata”, el estudio
reveló que los niveles de voltaje de UTESA en Puerto Plata son: 122 voltios
en la mañana, 122 voltios en la tarde y 111 voltios en la noche. Este dato
obtenido se corresponde con los niveles de voltaje que constantemente se
presentan en los circuitos eléctricos en la ciudad de Puerto Plata.
La investigación arrojó que no existe estabilidad en los voltajes
debido a las fluctuaciones que se observan durante el transcurso del día.
Otro hallazgo es que durante la noche, a las 7:30 pm es que los niveles de
voltaje son más bajos en el recinto UTESA de Puerto Plata.
Estos hallazgos presentados de este objetivo no se corresponden con
lo que plantea Hasper (2006) en cuanto a que el voltaje debe permanecer
estable durante todo el día, aunque se puede presentar una ligera variación
que no debe ser significativa para afectar el funcionamiento de los equipos
eléctricos.
En el objetivo No. 2 “Evaluar los riesgos que conlleva para la
institución mantener un bajo factor de potencia”, se determinó que la
empresa de electricidad está penalizando a la institución con un 20% por
mantener un bajo factor de potencia.
Este hallazgo coincide con López (2006) ya que un bajo factor de
potencia aumenta el costo de suministrar la potencia activa a la compañía de
energía eléctrica, porque tiene que ser transmitida más corriente, y este
costo más alto se le cobra directamente al consumidor industrial por medio
de cláusulas del factor de potencia incluidas en las tarifas.
Por otro lado, la investigación reveló que el 67.7% de los encargados
consideran que el deterioro de los equipos eléctricos es a causa del alto
voltaje, el factor potencia, la mala calidad de los equipos y la falta de
mantenimiento.
Esta revelación coincide con Yebra (1986) quien señala que una de
las que las ventajas de la corrección de factor de potencia es que la
instalación eléctrica puede trabajar más eficientemente. Agrega además, que
cuando se mantiene un factor de potencia no adecuado se sobrecarga en los
generadores, transformadores y líneas de distribución dentro de la misma
planta industrial, así como también las caídas de voltaje y pérdidas de
potencia se tornan mayores de las que deberían ser. Todo esto representa
pérdidas y desgaste en equipo industrial.
Otra revelación del estudio es que el 67% de los entrevistados
señalan que los equipos eléctricos se deterioran semestralmente, señalando
el 100% de los encargados de las áreas que los equipos eléctricos se les da
mantenimiento mensualmente.
Estos hallazgos están de acuerdo con Edminister (1993) en cuanto a
que los equipos eléctricos en una empresa deben tener una vida útil de por
lo menos un año si todas las instalaciones eléctricas, el voltaje, el factor de
potencia, están dentro de los parámetros adecuados.
En cuanto al consumo de la energía eléctrica de los equipos en el
recinto UTESA en la ciudad de Puerto Plata, el estudio determinó que es de
20080 kw activa, 5,120 varth reactiva y 105 kw de potencia. Esto se
corresponde con la factura de Edenorte correspondiente al mes de febrero
del año 2012.
En el objetivo No. 3 “Determinar la capacidad del banco de
capacitores y las ventajas que significa regularizar el factor de potencia
de la Universidad UTESA Puerto Plata”, se comprobó que los equipos
eléctricos en UTESA son los siguientes: 25 aires acondicionados, 112
computadoras, 6 fotocopiadoras, 135 abanicos de techos y 420 lámparas de
varios tipos.
Por otro lado, en cuanto a los conductores eléctricos, la alimentación
principal es de un cable #2,0, la distribución o paneles con un cable #6 y la
distribución general mediante un cable #12.
Asimismo el 67% de los entrevistados manifiesta que siempre el
incremento del factor potencia puede disminuir el consumo de energía. Este
hallazgo se corresponde con Hayt y Kemmerly, (1993) quienes plantean
que uno de los beneficios económicos que garantiza el incremento del
factor potencia es una reducción de los costos por facturación eléctrica.
Asimismo, el 67.7%, considera que la reducción del consumo de
energía eléctrica se evidencia con una mayor vida útil de los equipos
eléctricos, menos necesidad de mantenimiento y la disminución en la
facturación mensual. El 34% de los encargados de las áreas en el UTESA
recinto Puerto Plata manifiesta que el consumo de energía se reduce
cuando se incrementa el factor de potencia entre un 60% y 79%
Estos hallazgos se corresponden con lo planteado por Yebra (1986)
en cuanto a que cuando se reduce el consumo de energía por una
adecuación del factor de potencia, esto se traduce en una mayor vida útil de
los equipos eléctricos.
CONCLUSIONES
Luego de presentado los hallazgos de esta investigación, se concluye
de la siguiente manera:
La tensión (también denominada voltaje) es una magnitud física que
cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. También se
puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo
eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones
determinadas. Se puede medir con un voltímetro.
En lo que respecta a la Universidad Tecnológica de UTESA recinto
Puerto Plata, se pudo determinar que existe una fluctuación en el voltaje, el
cual fue medido durante todo un día. En la mañana como en la tarde
temprano el voltaje es de 122 voltios, lo que se considera bueno, sin
embargo, en la noche, alrededor de las 7;30 pm el voltaje disminuye a 111
voltios. Esto evidencia que no hay una estabilidad en la tensión lo que
puede ocasionar un incremento en el consumo de energía, un deterioro de
los equipos eléctricos, entre otros inconvenientes de índole eléctricos.
El factor de potencia es lo que se conoce como la relación de la
potencia activa usada en un circuito, expresada en vatios o kilovatios (KW),
a la potencia aparente que se obtiene de las líneas de alimentación,
expresada en voltio-amperios o kilovoltio-amperios (KVA). Este factor de
potencia debe ser óptimo porque un bajo factor de potencia limita la
capacidad de los equipos con el riesgo de incurrir en sobrecargas peligrosas
y pérdidas excesivas con un dispendio de energía.
En UTESA, recinto Puerto Plata el factor de potencia es de 0.94, lo
que es considerado aceptable. Aunque debido a la gran cantidad de
lámparas fluorescentes, aire acondicionado y otras maquinarias este factor
de potencia no es suficiente produciendo un bajo voltaje en algunas horas
del día. Por otro lado, este factor de potencia es la consecuencia de que la
compañía de Electricidad Edenorte esté penalizando a la institución con un
recargo de un 20% por encima de la factura.
Es importante destacar que tanto la fluctuaciones del voltaje durante
el día como el factor de potencia que tiene UTESA en Puerto Plata, la mala
calidad de los equipos eléctricos así como la falta de mantenimiento,
contribuyen al deterioro de los equipos eléctricos que hay instalados en el
recinto académico. Sin embargo, resulta un punto contradictorio lo de la
falta de mantenimiento, ya que se determinó que a estos equipos eléctricos
se les da seguimiento cada mes.
Por otro lado, el estudio concluye que el consumo de energía
eléctrica en los últimos seis meses en UTESA mantiene un promedio
lógico. En el mes de febrero el consumo de energía fue de 20,080 kwh, en
el mes de enero fue de 15,680 kwh, en el mes de diciembre de 18,840 kwh,
en el mes de noviembre 25,600 kwh, en octubre fue de 18,400 kwh y en el
mes de septiembre 20,720 kwh. Este parámetro de consumos de energía de
UTESA lo que confirma es la buena condición del contador y el control
para mantener el consumo de energía dentro de un rango, que para la
empresa es normal.
Además, la investigación concluye que en el recinto de UTESA en
Puerto Plata hay un total de 698 equipos eléctricos instalados en las
diferentes áreas, administrativas, aulas, anfiteatros, parqueos y áreas
públicas. Estos equipos eléctricos son aires acondicionados, computadoras,
fotocopiadoras, abanicos de techos y lámparas. Esta cantidad de equipos
eléctricos utilizados en el recinto académico, influye en que el factor de
potencia no sea el adecuado, en vista de que absorben la potencia.
Otra conclusión es que en las instalaciones eléctricas de UTESA en el
recinto de Puerto Plata no hay capacitores instalados por lo que hay una alta
potencia reactiva inadecuada. Esta situación trae como consecuencia que el
factor de potencia sea no adecuado y que el consumo de energía eléctrica se
incremente.
Por otro lado, la investigación llega a la conclusión de que en algunas
de las aulas académicas en el edificio B, se encontraron empalmes
inadecuados, los cuales producen una caída de tensión. Además se
encontraron alambres que no eran del calibre adecuado para el consumo
existente.
Por último se concluye que el 67% de los entrevistados manifiesta
que siempre el incremento del factor potencia puede disminuir el consumo
de energía y esto es definitivamente correcto, ya que una de las grandes
ventajas de contar con un mejor factor de potencia garantiza que el
consumo de energía se disminuya. Esto a su vez, se traduce en una mayor
vida útil para los equipos eléctricos, menos necesidad de darle
mantenimiento a estos equipos y una mejor calidad de la energía recibida.
RECOMENDACIONES
Al finalizar con esta investigación sobre la selección y aplicación de
capacitores para corregir el factor de potencia, se le recomienda a la
Universidad Tecnológica de Santiago UTESA recinto Puerto Plata lo
siguiente:
✓ Instalar un estabilizador de voltaje para que funcione en la hora nocturna
cuando el voltaje baja a su límite.
✓ Reparar las instalaciones eléctricas deterioradas para que el voltaje se
estabilice.
✓ Ofrecer un mantenimiento constante a las instalaciones eléctricas para
evitar deterioro y un incremento en el consumo al mismo tiempo que se
evita la inestabilidad en el voltaje.
✓ Incrementar el factor de potencia en 0.99 para evitar la penalización por
parte de la Compañía de Electricidad al mismo tiempo que reduce el
consumo de energía del plantel educativo.
✓ Instalar dos (2) capacitores fijos seleccionados según la carga instalada.
APENDICE
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE SANTIAGO
(UTESA)
Recinto Puerto Plata
INSTRUMENTO APLICADO A LOS ENCARGADOS DE LAS
DIVERSAS ÁREAS DEL RECINTO UTESA PUERTO PLATA
Somos Jendy y Ramón, estudiantes de la Universidad Tecnológica de
Santiago (UTESA) Recinto Puerto Plata y estamos realizando una
investigación como exigencia parcial para optar por el título de Ingenieros
Eléctricos, por lo que agradecemos que usted seleccione las respuestas
correctas de este cuestionario.
Deterioro de los equipos eléctricos
1. ¿A qué cree usted que se debe el deterioro de los equipos eléctricos?
a) Alto voltaje
b) Factor Potencia
c) Mala calidad de los equipos
d) Falta de mantenimiento
e) Todas las anteriores
f) Ninguna de las anteriores
2. ¿Con que frecuencia se deterioran los equipos eléctricos?
a) Anual
b) Semestral
c) Trimestre
d) Bimensual
e) Mensual
f) Semanal
3. ¿Con que frecuencia se le da mantenimiento a estos equipos eléctricos?
a) Anual
b) Semestral
c) Trimestre
d) Bimensual
e) Mensual
f) Semanal
Consumo Eléctrico
4. ¿Considera usted que el incremento del factor potencia puede disminuir
el consumo de energía?
a) Siempre
b) Casi siempre
c) Algunas veces
d) Pocas veces
e) Nunca
5. ¿A su juicio, de qué forma se evidenciaría esta reducción del consumo de
energía eléctrica?
a. Mayor vida útil de los equipos eléctricos
b. Menos necesidad de mantenimiento
c. Disminución en la facturación mensual
d. Todas las anteriores
e. Ninguna de las anteriores
6. ¿A su juicio, en qué porcentaje se reduciría el consumo de energía
cuando se incremente el factor de potencia?
a. En un 100%
b. Entre un 80% y 99%
c. Entre un 60% a 79%
d. Entre un 40% a 59%
e. Entre un 20% a 39%
f. Menos de un 20%
BIBLIOGRAFIA
Brown, A. (1990). Corrección de Factor de Potencia con Capacitores,
México: Editorial McGraw-Hill.
Coughlin, R. y Driscoll, F. (1999). Amplificadores Operacionales y
Circuitos Integrados Lineales. México: Editorial Prentice Hall.
Edminister, J. (1993) Circuitos Eléctricos. México: Editorial McGraw-Hill.
Eminister, J. (1983). Circuito Eléctrico. México: Editora McGraw-Hill
Enríquez, G. (1977). Manual de instalaciones eléctricas residenciales e
industriales. México: Editora Limusa.
Hasper, E. (2006). ABC de las instalaciones eléctricas. México: Editora
Noriega.
Hayt, W. y Kemmerly, J. (1993). Análisis de Circuitos en Ingeniería. (5ta.
Ed.). México: Editorial McGraw-Hill.
Irwin, J. (2003). Análisis Básico de Circuitos en Ingeniería. (6ta. Ed)
México: Editorial Limusa.
López, Y. (2006). ¿De dónde viene la energía? Cali, Colombia:
Universidad Autónoma de Occidente.
Madé, N. (2009). Metodología de la Investigación Científica. (2da. Ed).
Santo Domingo, República Dominicana: Impresora Soto Castillo.
Mcintyre, R. (1979). Control de motores eléctrico. España: Editora
Boixareu.
Ramírez, J. (1998). Estaciones de transformación y distribución
protección de sistema eléctrico. España: Editora CEAC.
Ramírez, J. (2006). Máquina Eléctrica. Barcelona España: Editora
McGraw-Hill.
Will, T. (2007). Máquinas Eléctricas y sistema de potencia. México:
Editora Pearson.
Yebra, J. (1986). Compensación de Potencia Reactiva. México: Editorial
McGraw-Hi
