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MODULO 5: TANQUES DE ALMACENAMIENTO, MUELLES DE ATRAQUE Y
SERVICIOS AUXILIARES
TEMA 5: ELECTRICIDAD
Electricidad
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Tanques de almacenamiento, muelles de atraque y servicios auxiliares
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INDICE
INDICE ........................................................................................................................................................................... 3
1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................................................... 4
2. TRANSPORTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA ............................................................................................................. 5
2.1 Niveles de tensión en el transporte ....................................................................................................................... 5 2.2 Las líneas eléctricas .............................................................................................................................................. 6
3. TRANSFORMADORES ............................................................................................................................................. 8
3.1 Conexiones trifásicas de los transformadores ....................................................................................................... 9 3.2 Subestaciones transformadoras. Función y componentes .................................................................................... 9
4. PROTECCIONES .................................................................................................................................................... 14
4.1 Pararrayos ........................................................................................................................................................... 14 4.2 Relés ................................................................................................................................................................... 14
5. LOS MOTORES ELÉCTRICOS .............................................................................................................................. 15
5.1 Partes del motor .................................................................................................................................................. 15 5.2 Esquema de conexionado ................................................................................................................................... 16 5.3 Placa de características....................................................................................................................................... 16
6. REFERENCIAS ....................................................................................................................................................... 18
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1. INTRODUCCIÓN
Energía es la capacidad que tiene un cuerpo para producir trabajo.
Trabajo es el proceso en el que, al aplicar una fuerza, se desplaza o deforma un objeto.
Todo cuerpo posee una cantidad limitada de energía. Esa energía puede deberse a que el
cuerpo está en movimiento (energía cinética), a que se encuentra a una determinada altura
(energía potencial) a su composición química (combustibles) o a la forma nuclear de sus
átomos (energía nuclear).
Existen una serie de energías primarias que puede aprovechar el hombre: hidráulica, térmica,
nuclear, solar, eólica, geotérmica, mareomotriz, biomasa, eléctrica.
Las ventajas más importantes de la energía eléctrica es la facilidad de transporte, la
interconversión en otras formas de energía y su gran cantidad de aplicaciones: energía
calorífica (cocinas), energía química (baterías), energía mecánica (motores), energía lumínica
(iluminación).
De todas esas aplicaciones, por otra parte, puede también obtenerse energía eléctrica.
La electricidad se resume en su generación utilizando un recurso natural en un lugar
determinado, su transporte y su utilización para fines diversos en otros lugares.
Aunque algunas refinerías tienen sus propias unidades de producción de energía eléctrica
(centrales convencionales, cogeneraciones etc,) lo que más interesa desde el punto de vista
del Ingeniero Química responsable de una planta en una refinería es, en parte, el transporte y
fundamentalmente su utilización.
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2. TRANSPORTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA
2.1 Niveles de tensión en el transporte
Normalmente la generación eléctrica opera a niveles de tensión entre 10 y 35 kV.
Desde el punto de generación de energía eléctrica, existe un primer transporte que la lleva,
mediante cables conductores aéreos o subterráneos, hasta los centros de distribución.
Normalmente la red de transporte desde la generación hasta la distribución opera entre 115 y
800 kV.
Desde el centro de distribución, otra red de transporte lleva la potencia eléctrica hasta los
puntos de consumo, operando a tensiones entre 2.2 y 34.5 kV.
El punto final de transporte, que es el consumo, se llama “carga” y opera a tensiones variables
(de 120 V en adelante).
Todas las operaciones de transporte se hacen a altos niveles de tensión.
La potencia transportada a lo largo de una línea eléctrica es proporcional al producto de la
intensidad por la tensión (P = V*I). Por eso para aumentar la potencia transmitida hay que
aumentar la intensidad o la tensión.
El aumento de la intensidad tiene el inconveniente de que incrementa las pérdidas de potencia
por producción de calor, ya que según la Ley de Joule el calor producido es igual a I*R
(intensidad por resistencia).
Por eso se recurre a aumentar la tensión y no la intensidad con lo que se reduce al mínimo las
pérdidas por calor. Eso sí, el aumento den tensión obliga a que en los tendidos eléctricos hay
que aumentar la separación entre los cables de cada fase y a utilizar grandes aisladores.
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2.2 Las líneas eléctricas
Las líneas son normalmente aéreas. Las subterráneas se utilizan sólo en lugares muy poblados
o al atravesar grandes extensiones de agua, ya que son más caras. Las aéreas utilizan el aire
como aislante mientras que las subterráneas necesitan un revestimiento especial como
aislante.
Figura 1. Línea aérea y línea enterrada.
La manera más utilizada para transportar energía eléctrica es utilizar postes metálicos de los
que cuelgan los cables.
Cuanto mayor sea la tensión más altos serán los postes y hay que colocar mayor número de
aisladores.
Figura 2. Línea aérea.
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Los cuatro componentes básicos en una línea de transporte de electricidad son:
1) Conductores.
2) cables de tierra o apantallados.
3) Aisladores.
4) Torres.
Conductores: suelen estar hechos con aluminio trenzado con un núcleo de acero.
Cables de tierra o apantallados: No transportan intensidad de carga. Están hechos de acero
de alta resistencia o de una mezcla de acero y aluminio, y actúan como pantalla para proteger
a los cables conductores de la acción de los rayos.
Aisladores: los conductores de fase están suspendidos de unos aisladores que los aíslan de la
torre. Suelen estar hechos de porcelana.
Torres: Soportan a los conductores y son la parte más visible de la línea de transporte. Existen
diversos diseños y formas.
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3. TRANSFORMADORES
Figura 3. Transformador.
La mayoría de los núcleos de los transformadores están hechos de hierro o de una aleación de
hierro con muy baja resistencia al flujo de magnetización.
Los transformadores se utilizan para elevar o reducir la tensión.
Consisten en dos o más devanados de cable bobinados alrededor de un núcleo magnético.
Cuando se aplica una tensión alterna en un devanado se crea un campo magnético en el
núcleo que concatena con el otro devanado induciendo en este último una tensión.
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Figura 4.Transformador. Vista exterior e interior.
3.1 Conexiones trifásicas de los transformadores
Las mayoría de los transformadores en sistemas eléctricos son bancos trifásicos: tienen tres
arrollamientos primarios y tres secundarios separados. Las conexiones de estos arrollamientos
se pueden realizar de varias formas, combinando las conexiones en estrella y triángulo.
3.2 Subestaciones transformadoras. Función y componentes
3.2.1. Funciones
Figura 5. Subestaciones transformadoras.
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Las subestaciones son una parte integral del sistema eléctrico. Sus funciones más importantes
son:
Conexión y desconexión de elementos del sistema. Esas funciones son realizadas por los
interruptores, seccionadores y equipos de protección.
Aumento y disminución de tensiones. Esta función la realizan los transformadores.
Regulación de tensiones en el sistema eléctrico. Esta función la realizan la reactancia en
paralelo, los condensadores en paralelo, los condensadores estáticos etc.
3.2.2. Disposición de las subestaciones
Los elementos de una subestación se pueden disponer de varias maneras. Los más utilizados
son:
Barra simple: Un solo interruptor y un solo circuito: es muy fácil de operar pero un fallo en la
barra ocasiona el fallo completo de la subestación.
Barra simple partida:
Figura 6. Barra simple partida.
Si se reparte al 50% un fallo produce un corte de la mitad de la instalación.. Además puede
darse de nuevo servicio a través del interruptor de acoplamiento.
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Anillo:
Figura 7. Anillo.
Tiene aproximadamente el mismo coste que la disposición de barra simple pero es más fiable.
La barra tiene forma de anillo de modo que a cada pieza del equipo le corresponden dos
interruptores separados. En caso de fallo sólo la zona defectuosa queda aislada.
Doble barra-doble interruptor:
Figura 8. Doble barra-doble interruptor.
Se utiliza en subestaciones grandes e importantes. Su mayor fiabilidad compensa su mayor
coste.
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Cada circuito está protegido por dos interruptores distintos de modo que no puede haber
ninguna maniobra en un interruptor que afecte a más de un circuito.
3.2.3. Componentes de una subestación
Transformadores
Es el componente fundamental de la subestación.
Interruptores
Su función es cortar el flujo de corriente en un sistema.
El componente fundamental del interruptor es un par de contactos que se separan para
interrumpir la intensidad. En el momento de la separación la tensión continua fluyendo entre los
dos contactos, formándose un arco entre ellos, que se extingue en el momento en que la
intensidad alterna pasa por cero. A partir de ese momento aparece una tensión entre los
contactos que crece rápidamente. Esta tensión se llama de restablecimiento y es la diferencia
que existe entre los dos circuitos que acaban de separarse. Si la tensión crece lo suficiente
como para vencer la rigidez del medio interruptor, el arco vuelve a formarse fluyendo de nuevo
intensidad. Cuando se produce esta reaparición del arco se denomina “recebado” y significa
que ha fracasado la apertura.
Los interruptores más utilizados son:
De aceite: se introduce un flujo de aceite dentro de la región del arco que la enfría.
Además el aceite se fija a los contactos para soportar la tensión de restablecimiento.
Neumático: Emplea un chorro de aire para interrumpir el arco.
De gas: se utiliza un gas de propiedades dieléctricas elevadas, para soportar el
crecimiento de la tensión.
De vacío: El vacío es un medio de buenas propiedades dieléctricas.
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Los interruptores se caracterizan por su valor nominal de tensión que es la intensidad que fluye
por ellos cuando están cerrados. También se caracterizan por el valor de cortocircuito que es la
intensidad que pueden interrumpir en condiciones de fallo.
Seccionadores
No están diseñados para interrumpir intensidad. La función del seccionador es aislar elementos
del equipo para labores de mantenimiento así como ser un elemento del sistema visible para
los operadores.
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4. PROTECCIONES
4.1 Pararrayos
Se diseñan para proteger el equipo de sobretensiones exteriores, de origen atmosférico o de
maniobra.
4.2 Relés
Se diseñan para localizar fallos o condiciones anormales que puedan perjudicar al sistema.
Envían señales a los interruptores para que el circuito defectuoso quede aislado del sistema
mientras que el resto continua funcionado.
Los relés detectan los fallos del sistema de diversas maneras, como el control de la tensión, de
la intensidad, de la frecuencia o una combinación de esas variables.
Una vez que el relé actúa, se activa una señal y debe ser rearmado, lo que indica que se ha
reconocido la acción del relé.
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5. LOS MOTORES ELÉCTRICOS
En la industria del refino la mayor parte de la electricidad se utiliza para mover motores
eléctricos.
5.1 Partes del motor
Las partes principales de un motor eléctrico son:
Figura 9. Partes principales de un motor eléctrico.
Estator: Parte fija y exterior concéntrica a la carcasa. Fabricado por chapas
magnéticas apiladas con ranuras para el bobinado.
Rotor: Parte central del motor sobre la que se induce la fuerza electromotriz
que comunica el par al eje al que está solidariamente unido.
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5.2 Esquema de conexionado
Desde la subestación llegan al pie del motor los cables de fuerza y
maniobra.
La estación de maniobra del motor, salvo equipos de gran complejidad, está
compuesta por una botonera de puesta en marcha y parada, que suele ir
acompañada por un amperímetro que nos permite vigilar que el motor
trabaja dentro de su intensidad nominal.
Figura 10. Partes principales de un motor eléctrico.
5.3 Placa de características
La expresión de la potencia de un motor de corriente alterna trifásica viene dada por la
expresión:
P = U * Ö3 * I * cos
Donde:
P es la potencia activa, expresada en Vatios.
U es la tensión entre fases, expresada en Voltios.
I es la intensidad de línea expresada en Amperios.
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cos φ es el coseno del ángulo del desfase entre la intensidad y la tensión.
Como valor típico del cos φ, se puede tomar 0.85 aunque varia con la instalación.
Figura 11. Todos estos datos se encuentran grabados en la placa de características del motor.
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6. REFERENCIAS
1) Refresher Electrical Energy. Tad Brown, Electro Techmology Laboratories. Chem. Eng.
1979
2) Electricidad para directivos no eléctricos. Cidespa. 1993
3) Motores eléctricos. Curso de formación para operadores de refinerías. 2011