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T f d Efi i tTransformadores Eficientes

28 de abril de 2011

Ing. Roger García Neri

WEBINARLeonardo Energy en Español

28 Abril 2011 – 9h00 México – 16h00 España

Transformadores y Cambio de Tarifa

IntroducciónEl uso intensivo y extensivo de la energía eléctrica en corriente alterna, ha sido

f éposible gracias al transformador eléctrico•Los factores económicos y ambientales asociados con la perdida de energía handespertado un renovado interés en los transformadores eficientes•La electricidad se genera muy lejos de donde se consume•La electricidad se genera muy lejos de donde se consume•Su transporte sería complicado sin los transformadores• El transformador se usa desde la generación, hasta el último usuario•Solamente elevando el voltaje se puede transmitir a grandes distancias ySolamente elevando el voltaje se puede transmitir a grandes distancias ysolamente reduciendo el voltaje se puede utilizar•Los transformadores eficientes con uso intensivo de cobre pueden ser unaexcelente decisión para la conservación de fuentes preciosas de energía , asíp p g ,como para la reducción de costos operacionales para la industria y la reducciónde perdidas en las redes de distribución de las concesionarias de energíaeléctrica


La electricidad seLa electricidad segenera muy lejosde donde se

lconsume, por lotanto, el uso detransformadoreseficientes de cobrereduce costosoperacionalesoperacionales


TransformadorEs un dispositivo electromagnético estático que permite aumentar o disminuir el voltajeen un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia fija., j

Su funcionamiento está basado en el fenómeno de la inducción electromagnética y estánconstituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo

d d l ili icerrado de acero al silicio.

Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a latensión alta o baja, respectivamente. También existen transformadores con másdevanados, en este caso puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el

secundario.Principios básicos del transformadorPrincipios básicos del transformador

Internacional Copper Association/ Procobre

Transformadores y Cambio de TarifaDiagrama esquemático de un

transformador


Por su aplicación o construcción, ya sea monofásicos ó trifásicos; existen varios tipos:

Transformador Tipo posteTransformador Tipo posteTransformador Tipo distribuciónTransformador Tipo estaciónTransformador de PotenciaT f d Ti d lTransformador Tipo pedestal


Por su enfriamiento son,

Tipo Subestación Tipo Pedestal (Tipo Jardín)


Transformadores de Potencia


Tipos de enfriamiento de transformadores

1 Tipo AA Transformadores tipo seco con enfriamiento propio1. Tipo AA, Transformadores tipo seco con enfriamiento propio2. Tipo AFA, Transformadores tipo seco con enfriamiento por aire forzado

3 Tipo OA Transformador sumergido en aceite con enfriamiento natural3. Tipo OA, Transformador sumergido en aceite con enfriamiento natural4. Tipo OA/FA, Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamientopropio y con enfriamiento por aire forzado.

5. Tipo OA/FOA, Transformador sumergido en líquido aislante conenfriamiento propio y con aceite forzado – aire forzado


Partes principales de un transformadorPartes principales de un transformador

Las partes que componen un transformador son clasificados en cuatro grandes grupos los cuales comprenden:

1. Circuito magnético (Núcleo).2. Circuito eléctrico (Devanados).3. Sistema aislante.4 T i4. Tanque y accesorios


Devanados del Transformador

El circuito eléctrico de un transformador es la parte fundamental que permiteEl circuito eléctrico de un transformador es la parte fundamental que permiteademás de un buen funcionamiento una buena eficiencia

Para un mejor desempeño ambos devanados deben ser de cobre, tanto el dej palta como el de baja tensión esto debido a las propiedades de dicho material,como son su buena conductividad eléctrica y alta resistencia al calor.

El mejor cobre que se puede usar es el electrolítico, ya que su pureza es99.999% lo que asegura menor cantidad de impurezas y por lo tanto menoresproblemas de corrosión y una larga vida útil al equipo.

Todo lo anterior garantiza una operación mas fresca, menor consumoenergético, mayor vida útil, menores pérdidas, menor tamaño, no existe riesgode daño por corrosión cuando se instalan el lugares de clima salino tipo costade daño por corrosión cuando se instalan el lugares de clima salino, tipo costa,etc.


Núcleo del Transformador

El otro elemento básico del transformador es el núcleo, este se fabrica deacero al silicio, el cual son laminaciones delgadas, las que se colocan unaencima de otra para dar el tamaño de acuerdo a la potencia del transformadory la densidad de flujo requerida. Dependiendo de la calidad de acero utilizado,

l i d t l t t l i fi l d l t f dva a ser el precio de este acero y por lo tanto el precio final del transformadordependerá en gran manera del costo del cobre y del acero empleados en suconstrucción.A menores costos de materiales mayores pérdidas pero menor costo delA menores costos de materiales, mayores pérdidas, pero menor costo del equipo. Por lo que recomendamos siempre solicitar el protocolo de pruebas.


El sistema aislante

Este sistema aísla los devanados deltransformador y se clasifica en dosgrupos:grupos:

‐ Aislante sólido (papel kraft, presspahn,papSistema aislante líquido. (aceitemineral, R’Temp, silicón, etc.)

‐ Sistema aisel diamantado, crepe, nomex,fmylar, baquelita, cinta de fibra de vidrio,

cinta de lino, maderas, etc.)


AccesoriosLos accesorios son dispositivos que el transformador necesita para su correcta poperación y poder monitorear el comportamiento del mismo.

C bi d d d i i‐ Cambiador de derivaciones.‐ Boquillas de alta y baja tensión.‐ Indicador de temperatura (con o sin contactos de alarma)‐ Indicador de nivel (con o sin contactos de alarma).‐Válvula de muestreoVálvulas de drene de aceite‐ Válvulas de drene de aceite.

‐ Placa de datos.‐ Radiadores.‐ Válvula de sobrepresión.


La eficiencia en los transformadores En general la eficiencia de cualquier máquina eléctrica se calcula como,

En virtud de que la capacidad de un transformador esta basada en su potencia de salida, esta ecuación se puede escribir como,


Eficiencia diaria del transformador

Dependiendo de la aplicación del transformador con frecuencia se usa para operar p p p pdurante 24 horas por día, aun cuando la carga no sea continúa en el período total de operación. En estas condiciones un transformador tiene dos conceptos de eficiencia, una global para condición de plena carga y otra para distintas cargas al día, es decir, la llamada eficiencia diaria Esta eficiencia diaria se expresa como la relación de la energíallamada eficiencia diaria. Esta eficiencia diaria se expresa como la relación de la energía de salida a la energía de entrada durante el período de 24 horas.

La eficiencia en transformadores se calcula de acuerdo a la siguiente ecuación,

%Efic= [(kVA*1000*F)/(kVA*1000*F+Pfe+Pcu*F^2)] *100Donde:kVA= Capacidad nominal del transformador kVAkVA= Capacidad nominal del transformador, kVAF= Carga en p.u.Pfe= Pérdidas en vacio, wattPcu= perdidas debidas a la carga, watt


Norma Oficial MexicanaNorma Oficial Mexicana NOM-002-SEDE-1999, Requisitos de seguridad

fi i i étiy eficiencia energética


Se estima que aproximadamente cerca del 2% de la energía a nivel mundial se pierdeen los transformadores de distribución

Si timamos en cuenta que en México se generaron en 2009, 230.64 TWh, el 2% son aproximadamente 4.61TWh

Transformadores y Cambio de TarifaCambio de tarifaPara obtener un mejor costo por la energía se puede realizar cambio de tarifa, básicamente de tarifa 2 o 3 a OM y HM

CARGO POR DEMANDA

Dic./2009 Ene. Feb. Mar. Abr. May.

$ 208.35 $ 208.58 $ 208.96 $ 210.65 $ 212.06 $ 213.12

CARGO POR ENERGÍA

$ 1.430 $ 1.384 $ 1.499 $ 1.520 $ 1.497 $ 1.415

TARIFA OMCargos Dic./09 Ene. Feb. Mar. Abr. May.

Región Central

Demanda ($/kW) $ 143.690 $ 143.850 $ 144.110 $ 145.280 $ 146.250 $ 146.980

Energía ($/kWh) $ 1.174 $ 1.131 $ 1.237 $ 1.255 $ 1.232 $ 1.155


•Tarifa 2Servicio general hasta 25 kW y se aplica a todos los servicios que destinen la energía en baja tensión a cualquier uso •Tarifa 3Servicio general para más de 25 kW de demanda y se aplica a todos los servicios que destinen la energía en baja tensión a cualquier usoLa tarifa 2 y 3 no requiere de transformador eléctricoLa tarifa 2 y 3 no requiere de transformador eléctrico•Tarifa OMTarifa ordinaria para servicio general en media tensión, con demanda menor a 100 kWy se aplica a los servicios que destinen la energía a cualquier uso, suministrados en

di ió d d 100 kWmedia tensión, con una demanda menor a 100 kW•Tarifa HMTarifa horaria para servicio general en media tensión, con demanda de 100 kW o más y se aplica a los servicios que destinen la energía a cualquier uso, suministrados en p q g q ,media tensión, con demanda de 100 kW o más.http://www.cfe.gob.mx/negocio/conocetarifa/Paginas/Tarifas.aspx


TARIFA 3 Costo $ Costo $

Demanda 79 kW Consumo 35,112 kWh

Cargo por demanda $213.12 $16,836.48

Cargo por kWh $1.415 $49,683.48

Subtotal $66,519.96

Bonificación FP $1 663 00Bonificación FP $1,663.00

Total $64,856.96

TARIFA OM Costo $ Costo $Cargo por demanda $146 98 $11 611 42Cargo por demanda $146.98 $11,611.42

Cargo por kWh $1.16 $40,554.36

Subtotal $52,165.78

Bonificación FP $1,304.14

Total $50,861.64

Ahorro por cambio de tarifa mes $13,995.32Ahorro por cambio de tarifa año 167,943.84$ Porcentaje de ahorro 22.00%


POTENCIA TOTAL INSTALADA (kW)

Aire Acondicionado

3.23%

Cocina14.43%

Fuerza13.46%

Iluminación62.84%

Refrigeración6.03%


COMPARATIVA ENERGÉTICA DE UN TRANSFORMADOR

112.5 kVA 23,000 volts 112.5 kVA 23,000 volts, ,pérdidas en vacio pérdidas en vacio

405watts 520watts

pérdidas con carga pérdidas con carga

1,308watts 1,730watts

1,713 Total Watts 2,250 Total Watts

CostoTarifa OM Costo Tarifa OM

kWh $ 1.155 kWh $ 1.155

Demanda $ 146.98 Demanda $ 146.98

Horas al año 8,760 Horas al año 8,760 Pérdidas fijas 3,066 kWh Pérdidas fijas 4,161 kWhCosto $ 3,541.23 PESOS Costo $ 4,805.96 PESOSPérdidas variables 6,617.0 kwh al 50% Pérdidas variables 8,751.9 kwh al 50%, ,

Costo $ 7,642.68 PESOS Costo $ 10,108.44 PESOS

TOTAL $ 11,183.91 PESOS TOTAL $ 14,914.40 PESOS

$Ahorro mensual $ 3,730.48

Ahorro anual $ 44,765.80

INVERSIÓN $ 103,000.00

RETORNO 2.4 AÑOS


Conclusión

•Los transformadores de alta eficiencia reducen sustancialmente el volumen deLos transformadores de alta eficiencia reducen sustancialmente el volumen de energía perdida•Los transformadores eficientes operan en mejores condiciones de enfriamiento por lo que tienen vida útil mayor •Las pérdidas de energía producidas por el flujo de la corriente eléctrica en bobinas transformadoras incluyen las pérdidas de calor de los materiales usados para los componentes. Seleccionar un material como el cobre puede reducir tales pérdidas•El cobre es el material sustentable referido cuando se necesita alta conductividadEl cobre es el material sustentable referido cuando se necesita alta conductividad eléctrica. Por ejemplo, el cobre conduce la electricidad 60% mejor que el aluminio, cinco veces mejor que el hierro, diez veces mejor que el acero y 18 veces mejor qeel titanio. La planta es el único metal que tiene mayor conductividad eléctrica que el b ( 5% j ) h á ll id lcobre (un 5% mejor), pero es mucho más cara y, por ello, no se considera para la

mayoría de las aplicaciones eléctricas

ÓGRACIAS POR SU ATENCIÓN

Ing. Roger García NeriE‐mail. [email protected]

Tel. 5705‐2161/1706Tel. 5705 2161/1706Fax. 5705‐1689

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