correccion del factor de potencia
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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR GUAYAQUIL
AMBATO
TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD
TEMA:
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN BANCO DE CAPACITORES
PARA CORREGIR EL FACTOR DE POTENCIA EN LA EMPRESA
"IML INDUSTRIA METÁLICA LEMA"
ANTEPROYECTO DE TITULACIÓN
AUTOR: ANDRÉS FABRICIO ACUÑA ANDRADE
ASESOR: ING. GABRIEL VACA
TÍTULO: TECNÓLOGO
CARRERA: ELECTRICIDAD
AMBATO-ECUADOR
MARZO 2015
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INDICE DE CONTENIDO
CAPITULO 1 ................................................................................................................ 4
1.1 PLATEAMIENTO DEL PROBLEMA .......................................................... 4
1.2 JUSTIFICACIÓN. .......................................................................................... 5
1.3 OB JETIVOS .................................................................................................. 6
Objetivo General .................................................................................................... 6
Objetivo Especifico................................................................................................ 6
CAPITULO II ............................................................................................................... 7
2.2 MARCO CONCEPTUAL .............................................................................. 9
2.2.1 Introducción .................................................................................................. 9
2.2.2 Conceptos Básicos de Potencia. ............................................................ 10
2.2.3 Factor de Potencia ................................................................................. 12
2.2.4 Causas del bajo factor de potencia ....................................................... 13
2.2.5 Consecuencias del bajo factor de potencia............................................ 13
2.2.6 Ventajas técnicas de la corrección del factor de potencia .......................... 15
2.2.7 Ventajas económicas de la corrección del factor de potencia ............... 19
2.2.8 Corrección Del Factor De Potencia (Cfp) ............................................. 21
CAPITULO III ............................................................................................................ 25
3.1 Modalidad básica .......................................................................................... 25
3.2 Técnicas e instrumentos de recolección de información .............................. 25
3.3 Plan operativo de investigación. ................................................................... 26
CAPITULO IV ............................................................................................................ 27
4.1 RECURSOS ................................................................................................. 27
4.1.1 Recursos Materiales .................................................................................... 27
iii
4.1.2 Recursos Humanos ..................................................................................... 28
4.1.3 Recursos Económicos ................................................................................. 28
4.2 CRONOGRAMA ......................................................................................... 30
Bibliografía ................................................................................................................. 31
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: potencia transmitida para transformadores trifásicos ................................... 15
Tabla 2: Capacidad (I) de los cables unipolares de cobre en bandeja perforada. ....... 17
Tabla 3: Presupuesto de materiales ............................................................................. 28
Tabla 4: Cronograma de Actividades .......................................................................... 30
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 Representación vectorial, para cargas resistivas, inductivas y capacitivas 11
Figura 2.2 Triángulo de Potencias. ............................................................................ 12
Figura 2.3 Diagrama Vectorial de Potencias............................................................. 13
Figura 2.4 Potencia reactiva antes y después de la compensación ............................ 21
Figura 2.5 Tipos de instalaciones de capacitores para corregir el factor de potencia.22
Figura 3.1 Plan operativo de investigación ................................................................. 27
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CAPITULO 1
EL PROBLEMA
1.1 PLATEAMIENTO DEL PROBLEMA
En nuestro país el consumo de energía eléctrica genera un costo superior al que se
debería pagar normalmente, debido al consumo de potencia reactiva, las empresas
eléctricas encargadas en la distribución de energía cobran cargos adicionales para
compensar este déficit.
Debido al desarrollo de la industria metalmecánica en la provincia de Tungurahua, las
empresas de este sector han ido creciendo cada día, aumentando su producción y
mejorando la calidad de sus productos, este notable crecimiento ha logrado que las
empresas aumenten maquinaria especialmente las que funcionan con cargas inductivas.
La empresa IML Industria metálica Lema es una empresa q se dedica a realizar
actividades como pintura electrostática, muebles para escuelas y oficinas, corte de
madera, pegado de canto. Para realizar estas actividades la empresa utiliza en su
mayoría maquinas inductivas que consumen potencia reactiva, estas a su vez
ocasionan un bajo factor de potencia.
Al no poseer un banco de capacitores es una problemática, los principales problemas
que un bajo factor de potencia ocasionan en la empresa son:
Sobrecarga en los generadores, transformadores y líneas de distribución dentro de la
misma planta industrial.
Caídas de voltaje y pérdidas de potencia se tornan mayores de las que deberían ser.
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Pérdidas y desgaste en equipo industrial.
La empresa eléctrica penaliza con multas económicas a sus usuarios si el factor de
potencia es inferior a 0.9, además al no poseer un corrector de factor de potencia, el
pago por concepto de demanda facturable aumenta considerablemente
1.2 JUSTIFICACIÓN.
Nuestro país experimenta un crecimiento económico, debido al cambio de la matriz
productiva que impulsa el gobierno nacional para esto se ha reducido las importaciones
y se ha impulsado el consumo de productos elaborados en nuestro país, tal desarrollo
implica que las industrias Ecuatorianas mejoren la calidad y los procesos de
elaboración de sus productos.
La empresa IML Industria Metálica Lema ha ido aumentando su producción, para
esto ha implementado un mayor número de maquinaria, especialmente maquinas
inductivas, para llevar acabo sus procesos, La energía que consumen las máquina
Según el pliego tarifario emitido por el Conelec para Empresas Electicas del Ecuador,
los clientes cuya potencia contratada o demanda facturable sea superior a 10 KW,
deberán pagar costos adicionales por cada kilovatio que exceda este valor. La empresa
en la que deseo implementar el presente proyecto de investigación es cliente de la
empresa eléctrica Ambato y posee un medidor trifásico que da lecturas de la demanda
facturable, en algunos meses la empresa excede este valor por lo que el pago de la
planilla de electricidad es elevado, esto se podría evitar si se hace q la demanda
facturable no supere este valor.
Al corregir el factor de potencia se reducirá o eliminará el costo de energía reactiva en
la factura de electricidad.
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La empresa tiene la proyección de mudarse a nuevas instalaciones con mayor amplitud
para poder realizar sus actividades de una forma más rápida y eficiente, al disponer
de un mayor espacio físico en el nuevo taller, la empresa adquirirá más máquinas que
consumen carga inductiva, por lo tanto el pago que se le dé a esta será mucho mayor si
no se da una solución.
1.3 OB JETIVOS
Objetivo General
Diseñar e implementar un banco de capacitores para corregir el factor de Potencia
de la empresa IML Industria Metálica Lema.
Objetivo Especifico
Identificar los factores que inciden para que se produzcan las sobrecargas en el
sistema Eléctrico.
Tomar medidas y datos de los parámetros eléctricos de todas las cargas eléctricas
del sistema de la empresa
Determinar la importancia del Análisis de Carga previa a la implementación del
Banco de Capacitores
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CAPITULO II
MARCO TEORICO
2.1 Marco referencial
Para la ejecución de mi anteproyecto me basaré en la tesis de grado desarrollado por el
Sr. FREDY SANTIAGO LLUMIQUINGA LOYA, obteniendo el título de Ingeniero
Eléctrico en el año 2012, en la UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA
SEDE QUITO, con el tema “DISEÑO DE UN BANCO DE CONDENSADORES
PARA LA CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA DE LA EMPRESA
BANCHISFOOD S.A” concluye lo siguiente:
Al realizar el levantamiento de carga del sistema eléctrico de la empresa se
pudo constatar que las cargas que pasan el mayor tiempo del día conectadas o
trabajando están concentradas en las áreas de empaque, oficinas; y, la mayor
carga representativa de la empresa es el compresor de 15HP, debido a
que éste alimenta a las empacadoras TECMAR e INDUMAC.
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.
El factor de potencia promedio es de 0,84; para corregir este factor de
potencia se empleará un banco de condensadores automático de 9 kVAr y de
tres pasos. El banco de condensadores se lo colocará en el lado de baja
tensión del transformador para evitar la penalización que impone la Empresa
Eléctrica Quito.
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El ahorro que se obtendrá por evitar la penalización es de 194,31 USD/año, con
una inversión de 1476,39 USD; con un período de recuperación de la
inversión de 12 meses.
Uno de los principales beneficios técnicos es la potencia liberada en el
transformador. Al corregir el factor de potencia se tiene la posibilidad de
incrementar carga al transformador, ya que con un factor de potencia de 0,84
se tenía una disponibilidad de aumentar carga al transformador de un 25,23%.
Al corregir el factor de potencia a 0,98 la disponibilidad de aumentar carga al
transformador se incrementa a un 35,93%, es decir, que del 100% de la
capacidad del transformador se está utilizando un 64,07% de su capacidad y se
puede incrementar la carga en un 35,93% y seguir operando con
normalidad dentro de los parámetros eléctricos normales del transformador.
Según la tesis desarrollada por Sr. Enrique Gómez Morales para la obtención del
Título de Ingeniero Electricista en el año de 2009 en el INSTITUTO POLITECNICO
NACIONAL, con el tema “COMPENSACION DE ENERGIA REACTIVA”
concluye que:
Por lo expuesto anteriormente es posible decir que en un sistema eléctrico no
compensado seguramente está pagando o pagara los recargos de hasta un 20%
de su facturación por consumo de energía eléctrica, en el ejemplo realizado en el
capítulo 4.5 se analizó la factura eléctrica de una compañía en el cual se aprecia
que se obtiene un ahorro de $ 23747.44 pesos lo cual corresponde al 9 % de ahorro
mensualmente, por lo tanto el costo total de la compensación con respecto a la
instalación de la misma es despreciable puesto que el lapso de recuperación es muy
corto siendo este de 6 meses en el ejemplo realizado.
También se puede identificar que la aplicación de los bancos reducen las
pérdidas por efecto Joule, como se observa en el capitulo 3.3 donde al pasar de un
factor de potencia de 0.7 a 0.97, las pérdidas se reducen un 47.42 % y la corriente se
reduce un 27.6 % en el alimentador. En este mismo ejemplo al analizarlo se tiene que
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la capacidad del sistema es liberado un 27.5 % lo cual demuestra el gran beneficio que
tiene el aplicar estos bancos.
Por otra parte al realizar el método de compensación individual se puede concluir que
es el método más efectivo, pero también el más costoso ya que se tiene que conectar
un banco por cada carga que se tenga conectado en el sistema, mientras que en
los otros casos se puede tener un banco por un grupo determinado de cargas o
un banco que realice la compensación de todo el sistema, minimizando con ello
los costos por compra de capacitores.
En el caso de la compensación individual se reducen tanto las pérdidas por efecto
Joule en las líneas como la reducción de las capacidades de los transformadores tal y
como se puede observar al comparar las tabla 19 del caso base con la tabla 22
donde se efectúa la compensación de forma individual dando una diferencia del 17
% lo cual quiere decir que se puede instalar una carga adicional al sistema sin llegar
a sobrecargar el transformador, cabe mencionar que los otros métodos también liberan
capacidad en los transformadores y mejoran el factor de potencia aunque no reduzcan
las perdidas por efecto Joule en la líneas que alimentan directamente a las cargas.
Estas referencias me permiten desarrollar con facilidad mi tema propuesto de
investigación que estoy planteando, previo a un estudio de la red eléctrica interior de
la empresa.
2.2 MARCO CONCEPTUAL
2.2.1 Introducción
Todos los aparatos eléctricos que suministran energía ya sea en forma de luz, calor,
sonido, rotación, movimiento, etc. Consumen una cantidad de energía eléctrica
equivalente a la entregada directamente de la fuente de electricidad a la cual están
conectados. Esta energía consumida se denomina Activa, la cual se registra en los
medidores y es facturada al consumidor por las respectivas empresas eléctricas del país.
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Algunos aparatos, debido a su principio de funcionamiento, toman de la fuente de
electricidad una cantidad de energía mayor a la que registra el medidor, una parte de
esta energía es la ya mencionada energía Activa, y la parte restante no es en realidad
consumida sino entretenida entre el aparato y la red de electricidad. Esta energía
entretenida se denomina Reactiva y no es registrada por los medidores del grupo
tarifario al cual pertenecen los consorcios. La energía total (formada por la Activa y la
Reactiva) que es tomada de la red eléctrica se denomina Aparente y es la que finalmente
debe ser transportada hasta el punto de consumo.
El hecho de transportar una energía mayora la que realmente se consume, impone la
necesidad de que los conductores, transformadores y demás dispositivos que participan
en el suministro de esta energía sean más robustos, por lo tanto se eleva el costo del
sistema de distribución.
Además, la gran cantidad de usuarios en esta condición, provoca que disminuya en
gran medida la calidad del servicio de electricidad, se producen efectos como caídas de
tensión y cortes de electricidad. Por estos motivos, las empresas eléctricas de
distribución, toman medidas que tienden a compensar económicamente a esta situación
(penalizando o facturando la utilización de energía Reactiva) o bien a regularizarla
(obligando a los usuarios a que corrijan sus instalaciones y generen un mínimo de
energía Reactiva).
2.2.2 Conceptos Básicos de Potencia.
¿Qué es Potencia?
La medición de potencia en corriente alterna es más complicada que la de corriente
continua debido al efecto de los inductores y capacitores. Por lo que en cualquier
circuito de corriente alterna existen estos tres parámetros de inductancia, capacitancia
y resistencia en una variedad de combinaciones. En circuitos puramente resistivos la
tensión (V) está en fase con la corriente (i), siendo algunos de estos artefactos como
lámparas incandescentes, planchas, estufas eléctricas etc. Toda la energía la transforma
en energía lumínica o energía calorífica. Mientras que en un circuito inductivo o
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capacitivo la tensión y la corriente están desfasadas 90 ° una respecto a la otra. En un
circuito puramente inductivo la corriente está atrasada 90 ° respecto de la tensión. Y en
un circuito puramente capacitivo la corriente va adelantada 90 ° respecto de la tensión.
Fuente:
http://www.metas.com.mx/guiametas/la-guia-metas-03-01-pot.pdf
Figura 2.1 Representación vectorial, para cargas resistivas, inductivas y capacitivas
Potencia Activa
Los diferentes dispositivos eléctricos convierten energía eléctrica en otras
formas de energía como: mecánica, lumínica, térmica, química, entre otras. Esta
energía corresponde a la energía útil o potencia activa o simplemente potencia,
similar a la consumida por una resistencia. Expresada en watts.
P = V • I • Cos ϕ
Potencia Reactiva
Además de utilizar potencia activa para producir un trabajo, los motores,
transformadores y demás equipos similares requieren un suministro de potencia
reactiva para generar el campo magnético necesario para su funcionamiento.
La potencia reactiva no produce por si misma ningún trabajo; La potencia
reactiva esta 90 ° desfasada de la potencia activa, se simboliza con la letra Q y
sus unidades son los volts-amperes reactivos (VAR).
Q = V • I • Sen ϕ
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Potencia Aparente
La potencia total o aparente es la suma geométrica de las potencias activa y
reactiva, o bien, el producto de la corriente y el voltaje; su símbolo es S y sus
unidades se expresan en volts-amperes (VA).
2.2.3 Factor de Potencia
El factor de potencia es la relación entre la potencia activa (en watts, W), y la potencia
aparente (en volts-ampers, VA) y describe la relación entre la potencia de trabajo o real
y la potencia total consumida.
Fuente:
http://www.metas.com.mx/guiametas/la-guia-metas-03-01-pot.pdf
Figura 2.2 Triángulo de Potencias.
El Factor de Potencia (FP) está definido por la siguiente ecuación:
FP =P/S
El factor de potencia expresa en términos generales, el desfasamiento o no de la
corriente con relación al voltaje y es utilizado como indicador del correcto
aprovechamiento de la energía eléctrica, el cual puede tomar valores entre 0 y 1.0
siendo la unidad (1.0) el valor máximo de FP y por tanto el mejor aprovechamiento de
energía.(Llumiquinga, 2012)
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El diagrama vectorial de la fig. 2.3 que se muestra para un circuito inductivo se observa
que la corriente está atrasada a la tensión, existen dos componentes y uno de ellos es el
vector AB, en fase con la tensión y es una potencia activa vista en la carga, la otra
componente AC la cual esta atrasada 90 ° representa la potencia reactiva, por lo tanto
la relación entre la potencia activa y aparente es llamado factor de potencia.
Fuente:
http://www.metas.com.mx/guiametas/la-guia-metas-03-01-pot.pdf
Figura 2.3 Diagrama Vectorial de Potencias.
2.2.4 Causas del bajo factor de potencia
Las cargas inductivas como motores, balastros, transformadores, etc., son el origen del
bajo factor de potencia ya que son cargas no lineales que contaminan la red eléctrica,
en este tipo de equipos el consumo de corriente se desfasa con relación al voltaje lo que
provoca un bajo factor de potencia.
2.2.5 Consecuencias del bajo factor de potencia
Las instalaciones eléctricas que operan con un factor de potencia menor a 1.0, afectan
a la red eléctrica tanto en alta tensión como en baja tensión, además, tiene las siguientes
consecuencias en la medida que el factor de potencia disminuye:
1. Incremento de las pérdidas por efecto joule
La potencia que se pierde por calentamiento está dada por la expresión I2R donde I es
la corriente total y R es la resistencia eléctrica de los equipos (bobinados de generadores
y transformadores, conductores de los circuitos de distribución, etc.). Las pérdidas por
efecto Joule se manifestarán en:
Calentamiento de cables
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Calentamiento de embobinados de los transformadores de distribución
Disparo sin causa aparente de los dispositivos de protección
Uno de los mayores problemas que causa el sobrecalentamiento es el deterioro
irreversible del aislamiento de los conductores que, además de reducir la vida útil de
los equipos, puede provocar cortos circuitos. (Morales, 2009)
2. Sobrecarga de los generadores, transformadores y líneas de distribución
El exceso de corriente debido a un bajo factor de potencia, ocasiona que los
generadores, transformadores y líneas de distribución, trabajen con cierta sobrecarga y
reduzcan su vida útil, debido a que estos equipos, se diseñan para un cierto valor de
corriente y para no dañarlos, se deben operar sin que éste se rebase.
3. Aumento de la caída de tensión
La circulación de corriente a través de los conductores ocasiona una pérdida de
potencia transportada por el cable, y una caída de tensión o diferencia entre las
tensiones de origen y la que lo canaliza, resultando en un insuficiente suministro de
potencia a las cargas (motores, lámparas, etc.); estas cargas sufren una reducción en su
potencia de salida. Esta caída de voltaje afecta a:
Los embobinados de los transformadores de distribución
Los cables de alimentación
Sistemas de protección y control
4. Incremento en la facturación eléctrica
Debido a que un bajo factor de potencia implica pérdidas de energía en la red eléctrica,
el productor y distribuidor de energía eléctrica se ve en la necesidad de penalizar al
usuario haciendo que pague más por su electricidad.
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2.2.6 Ventajas técnicas de la corrección del factor de potencia
Uso optimizado de las máquinas eléctricas
Los generadores y los transformadores son dimensionados a partir de la potencia
aparente S. Ésta, a igual potencia activa P, es más pequeña cuanto menor es la potencia
reactiva Q suministrada. Por lo tanto, compensando la instalación, las máquinas pueden
ser dimensionadas en relación con una potencia aparente inferior, aun proporcionando
la misma potencia activa.
A modo de ejemplo, en la tabla 1 se muestra la variación de la potencia transmitida
para transformadores trifásicos MT/ BT en función del costo del consumidor.
Tabla 1: potencia transmitida para transformadores trifásicos
Fuente:
http://www09.abb.com/global/scot/scot209.nsf/veritydisplay/897462d590876b5fc125791a003bd1e0/$f
ile/1TXA007107G0701_CT8.pdf
Según esta tabla, si se requiere alimentar una serie de cargas con una potencia total de
170 kW con cosϕ=0.7, hace falta un transformador de 250 kVA. Si las cargas
absorbieran la misma potencia con cosϕ=0.9, en vez de 0.7, bastaría con Utilizar un
transformador de 200 kVA. Con los generadores ocurre lo mismo.
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Uso optimizado de las líneas eléctricas
La corrección del factor de potencia permite obtener ventajas también con respecto al
dimensionamiento de los cables. Como se señalaba anteriormente, aumentándolo se
reduce la corriente, a igual potencia útil. Esta reducción de la corriente puede permitir
la elección de conductores de sección inferior.
Para explicar esto mediante un ejemplo práctico, consideremos una carga que requiera
una potencia Pn igual a 170 kW con cosϕ igual a 0.7, con tensión Un de 400 V; la
corriente absorbida I 0.7será:
Si se elige un tipo de cable unipolar de cobre aislado de EPR y tendido horizontalmente
en bandeja perforada, en condiciones normales, es necesario utilizar una sección de
120 mm^ 2 (véase tabla 2.2).
Efectuando localmente una corrección para obtener un valor del cos ϕ igual a 0.9, la
corriente necesitada será:
Con este valor de corriente, el cable puede tener una sección de 70 mm^2.
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Tabla 2: Capacidad (I) de los cables unipolares de cobre en bandeja perforada.
Fuente:
http://www09.abb.com/global/scot/scot209.nsf/veritydisplay/897462d590876b5fc125791a003bd1e0/$f
ile/1TXA007107G0701_CT8.pdf
Reducción de las pérdidas.
Las pérdidas de potencia en un conductor eléctrico dependen de la resistencia del
conductor y del cuadrado de la corriente que lo atraviesa; dado que a igual potencia
activa transmitida más alto es el cos ϕ y más baja es la corriente, al crecer el factor de
potencia disminuyen las pérdidas en el conductor ubicado aguas arriba respecto al
punto en el que se lleva a cabo la corrección.
En un sistema trifásico, las pérdidas se expresan de la siguiente manera:
Dado que:
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Donde:
I es la corriente que atraviesa el conductor;
R es la resistencia del conductor;
S es la potencia aparente requerida por la carga;
P es la potencia activa requerida por la carga;
Q es la potencia reactiva requerida por la carga;
Un es la tensión nominal de alimentación.
La reducción de las pérdidas Δp, una vez efectuada la compensación, viene dada
por:
Donde:
p1 son las pérdidas antes de la corrección.
cosϕ1 es el factor de potencia antes de la corrección.
cosϕ2 es el factor de potencia tras la corrección.
Reducción De La Caída De Tensión
La caída de tensión concatenada en una línea trifásica puede expresarse del siguiente
modo:
Donde:
R y X son respectivamente la resistencia y la reactancia de la línea;
P es la potencia activa transmitida;
I es la corriente;
Un es la Tensión Nominal
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A igual potencia activa transmitida, la caída de tensión será menor cuanto mayor sea el
factor de potencia. Tal y como puede observarse en las siguientes figuras, en las que
aparecen diagramas de la caída de la tensión de fase ΔV, la variación de dicha
tensión es menor (a igual componente activa de corriente de carga y, por tanto, de
la potencia activa) cuanto menor es el ángulo ϕ de desfase entre tensión y corriente;
además, esta variación es mínima si no hay algún consumo de potencia reactiva
(corriente de fase).
.
2.2.7 Ventajas económicas de la corrección del factor de potencia
Los distribuidores de energía eléctrica aplican un sistema de tarifas que sanciona el
consumo de energía con un factor de potencia medio mensual inferior a 0.9. Los
contratos aplicados son diferentes dependiendo del país y también pueden variar en
función del tipo de cliente: debido a ello, el texto siguiente debe considerarse a mero
título didáctico e indicativo, con la intención de mostrar el ahorro económico que se
obtiene con la corrección. En líneas generales, las cláusulas contractuales de suministro
de energía señalan el pago de la energía reactiva recogida si el factor de potencia está
comprendido entre 0.7 y 0.9, mientras que no se debe pagar nada si es superior a 0.9.
Para cosϕ< 0.7, los distribuidores de energía pueden obligar al usuario a realizar la
corrección. Tener un factor de potencia medio mensual superior o igual a 0.9 significa
requerir a la red una energía reactiva inferior o igual al 50% de la energía activa:
Es decir, no se aplican sanciones si las exigencias de energía reactiva no superan el
50% de la activa. El coste anual que el usuario soporta, consumiendo una energía
reactiva que exceda de la correspondiente a un factor de potencia igual a 0.9,
puede expresarse de la siguiente forma:
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Dónde:
C EQ es el coste de la energía reactiva en un año en E;
EQ es la energía reactiva consumida en un año en kvarh;
EP es la energía activa consumida en un año en kWh;
EQ Q - 0.5 · EP es la cuota de energía reactiva sujeta al coste;
c es el coste unitario de la energía reactiva en E/kvarh.
Si se compensa a 0.9, para no pagar el consumo de energía reactiva, el coste de la
batería de condensadores y de su instalación es:
Dónde:
CQc es el coste anual en € para tener un factor de potencia igual a 0.9;
Qc es la potencia de la batería de condensadores necesaria para que el
cosϕsea de 0.9, en kvar;
Cc es el coste de instalación anual de la batería de condensadores en E/kvar;
El ahorro para el cliente será:
Es preciso señalar que la batería de condensadores representa un "coste de
instalación" oportunamente repartido en los años de vida de la instalación
mediante uno o más coeficientes económicos; en la práctica, el ahorro que se
obtiene realizando la corrección permite recuperar el coste de instalación de la
batería de condensadores en los primeros años.
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2.2.8 Corrección Del Factor De Potencia (Cfp)
La finalidad de corregir el factor de potencia es reducir o aún eliminar el costo de
energía reactiva en la factura de electricidad. Para lograr esto, es necesario distribuir
las unidades capacitivas, dependiendo de su utilización, en el lado del usuario del
medidor de potencia.
Figura 2.4 Potencia reactiva antes y después de la compensación
Fuente:
http://www09.abb.com/global/scot/scot209.nsf/veritydisplay/897462d590876b5fc125791a003bd1e0/$file/1TXA0
07107G0701_CT8.pdf
22
Existen varios métodos para corregir o mejorar el factor de potencia, entre los que
destacan la instalación de capacitores eléctricos o bien, la aplicación de motores
sincrónicos que finalmente actúan como capacitores. (Llumiquinga, 2012)
Compensación individual en motores
Compensación por grupo de cargas
Compensación centralizada
Compensación combinada
Los capacitores eléctricos o bancos de capacitores, pueden ser instalados en varios
puntos en la red de distribución en una planta, y pueden distinguirse cuatro tipos
principales de instalación de capacitores para compensar la potencia reactiva (figura
1.2). Cada una de las instalaciones observadas en la figura 1.2 corresponden a una
aplicación específica, no obstante, es importante mencionar que antes de instalar
capacitores eléctricos, se deben tomar en cuenta los siguientes factores: tipos de cargas
eléctricas, variación y distribución de las mismas, factor de carga, disposición y
longitud de los circuitos, tensión de las líneas de distribución, entre otros.
Fuente:
http://www.metas.com.mx/guiametas/La-Guia-MetAs-10-02-factor_de_potencia.pdf.
Figura 2.5 Tipos de instalaciones de capacitores para corregir el factor de potencia.
23
Compensación individual
La compensación individual se refiere a que cada consumidor de carga inductiva se le
asigna un capacitor que suministre potencia reactiva para su compensación. La
compensación individual es empleada principalmente en equipos que tienen una
operación continua y cuyo consumo de la carga inductiva es representativo. A
continuación se describen dos métodos de compensación individual:
Compensación individual en motores eléctricos
El método de compensación individual es el tipo de compensación más efectivo ya que
el capacitor se instala en cada una de las cargas inductivas a corregir, de manera que la
potencia reactiva circule únicamente por los conductores cortos entre el motor y el
capacitor. La compensación individual presenta las siguientes ventajas:
Los capacitores son instalados cerca de la carga inductiva, la potencia reactiva es
confinada al segmento más pequeño posible de la red.
Es importante mencionar que para no incurrir en una sobre compensación en la carga
inductiva que provoque alteraciones en el voltaje que puedan dañar la instalación
eléctrica, la potencia del banco de capacitores deberá limitarse al 90% de la potencia
reactiva del motor en vacío.
Compensación individual en transformadores de distribución
Otro método para corregir el factor de potencia es compensar la potencia reactiva en
los transformadores de distribución. La potencia total del banco de capacitores se
calcula para compensar la potencia reactiva absorbida por el transformador en vacío,
que es del orden del 5 al 10% de la potencia nominal.
24
De acuerdo con las normas técnicas para instalaciones eléctricas, con el fin de evitar
fenómenos de resonancia y sobretensión en vacío, la potencia total del banco de
capacitores no debe exceder el 10% de la potencia nominal (en VA) del transformador.
Compensación en grupo
Es aconsejable compensar la potencia inductiva de un grupo de cargas, cuando éstas se
conectan simultáneamente y demandan potencia reactiva constante, o bien cuando se
tienen diversos grupos de cargas situados en puntos distintos.
Los bancos de capacitores pueden ser instalados en el centro de control de motores. El
banco de capacitores se utiliza únicamente cuando las cargas están en uso.
En las líneas de alimentación principal se presenta la desventaja de que la sobrecarga
de potencia reactiva no se reduce, es decir, que seguirá circulando energía reactiva entre
el centro de control de motores y los motores.
Compensación central con banco automático
Este tipo de compensación ofrece una solución generalizada para corregir el factor de
potencia ya que la potencia total del banco de capacitores se instala en la acometida,
cerca de los tableros de distribución de energía, los cuales, suministran la potencia
reactiva demandada por diversos equipos con diferentes potencias y tiempos de
operación.
El costo total de la compensación, es prácticamente despreciable frente al costo de la
instalación propiamente dicha y de los artefactos conectados a la misma, además el
trabajo completo incluyendo materiales se amortiza en unos pocos meses con el ahorro
del pago del recargo.
25
De lo anterior, surge que la corrección del Factor de Potencia requiere cálculos de
ingeniería precisos y la experiencia de profesionales adecuados. Medios de producción
de la potencia reactiva. (Llumiquinga, 2012).
CAPITULO III
METODOLOGIA
3.1 Modalidad básica
El presente proyecto expuesto, corresponde a la modalidad documental y de campo,
realizada con el propósito principal de investigar, ampliar, retroalimentar y profundizar
conocimientos de autores los cuales desarrollaron obras de consulta y proyectos
referentes a la corrección del factor de potencia, que conlleva a investigar sobre
diseños de interés del proyecto y así aumentar conocimientos mediante páginas web,
documentos o libros que ayudaran a un mejor análisis primordial al tema de
investigación.
Esto permitirá la facilidad del desarrollo del proyecto y será una base fundamental para
la implementación del Banco de Capacitadores en la empresa IML (Industria Metálica
Lema).
3.2 Técnicas e instrumentos de recolección de información
La recolección de información se realizara mediante una observación directa a las
instalaciones donde se encuentra ubicada la planta de producción de la empresa IML
Industria Metálica Lema, que labora en la calle Isidro Viteri y Gertrudis Esparza, con
el fin de obtener de manera sistemática la información necesaria para poder realizar de
una manera correcta el tema de investigación.
26
3.3 Plan operativo de investigación.
27
Figura 3.1 Plan operativo de investigación
Elaborado por: Andrés Acuña
CAPITULO IV
MARCO ADMINISTRATIVO
4.1 RECURSOS
4.1.1 Recursos Materiales
Los recursos materiales que se necesitan para la realización de este proyecto son los
siguientes:
Biblioteca
Base de Datos de la Empresa Eléctrica Ambato
Laboratorios del Instituto
Planta de producción de la empresa IML(Industria Metálica Lema)
Computadora con acceso a internet
Instituto Tecnológico Superior Guayaquil
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4.1.2 Recursos Humanos
Como recursos humanos, quienes intervendrán en este proceso de investigación serán:
Autor: Andrés Acuña
Docente: Ing. Gabriel Vaca
Gerente de la empresa: Sr. Oscar Lema
Rector el Instituto: Dr. Msc. Galo Rizo
4.1.3 Recursos Económicos
Los recursos económicos son muy necesarios, porque es un factor importante dentro
del proyecto, gracias a estos podemos realizar las investigaciones necesarias para
adquirir el conocimiento que nos ayudara a desarrollar el tema propuesto, además
gracias a los recursos económicos que la empresa a la cual voy a implementar el banco
de capacitores serán cubiertos en su totalidad por esta misma, gracias a estos recursos,
harán que la ejecución del proyecto sea posible.
Tabla 3: Presupuesto de materiales
INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR GUAYAQUIL-AMBATO
MECÁNICA INDUSTRIAL
Tema:
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN BANCO DE CAPACITORES
PARA CORREGIR EL FACTOR DE POTENCIA EN LA EMPRESA "IML
INDUSTRIA METÁLICA LEMA"
Requerimientos
Gastos Cantidad Valor Unitario TOTAL
Tablero de Distribución 1 150.00 150.00
29
Capacitores 3 120.00 360.00
Breaker principal 1 150.00 150.00
Luces piloto 3 5 15
Contactores 4 30.00 120.00
Medidor de factor de
potencia
1 200.00 200.00
Cable 20 1.40 28
Canaletas 2 5.00 10.00
Impresion del Proyecto 1 40.00 40.00
Uso de Internet _____ 40.00 15.00
Recursos de oficina _____ 90.00 90.00
USB Flash memory 1 15.00 15.00
Empastados 2 15.00 30.00
Subtotal 1,223.00
Imprevistos 10% 122.30
1,345.30
Elaborado por: Andrés Acuña
30
4.2 CRONOGRAMA
Tabla 4: Cronograma de Actividades
Actividades
2015
MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Inicio de proyecto
Formulación del tema
Elaboración del Anteproyecto
Recolección de Información
Elaboración del capítulo I
Elaboración del capítulo II
Elaboración del capítulo III
Elaboración del capítulo IV
Presentación del borrador del
proyecto de investigación
Revisión del asesor
Presentación final
Elaborado por: Andrés Acuña
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Bibliografía
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corrección del factor de potencia de la empresa Banchisfoof S.A. Recuperado
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