INTRODUCCION:

El ahorro de energía y el mejoramiento ambiental son dos temas que han cobrado gran importancia en nuestros tiempos, pero lo más importante es que están íntimamente ligados y el mejoramiento de uno de ellos repercutirá necesariamente en el otro. Dada la situación energética nacional y mundial, se detecta la enorme, urgente e impostergable necesidad de desarrollar planes efectivos para el ahorro de energía en todos los sectores sociales.

El estudio de la carga y potencia instalada es una fuente de información de gran utilidad para empresas consumidoras de energía eléctrica en lo que a seguridad, rendimiento y beneficios se refiere. Gracias a las técnicas de ahorro de energía se puede determinar si el sistema de distribución eléctrica de una planta puede admitir nuevas cargas, verificar la capacidad del sistema eléctrico y del cableado, distribuir correctamente la carga entre las tres fases, realizar un seguimiento del factor de potencia y calcular el consumo de energía antes y después de las mejoras para justificar de esta forma las medidas adoptadas para el ahorro de energía.

OBJETIVO GENERAL

Aprender a Desarrollar una metodología de uso general para realizar diagnósticos energéticos que permitan determinar los ahorros de energía eléctrica en los sistemas de administración.

OBJETIVO ESPECIFICO.

Determinar el grado de eficiencia de la instalación y los principales problemas en la administración y uso de la energía.

Definir las oportunidades de ahorro energético y evaluar su potencial.

MARCO TEORICO.

5.3 ADMINISTRACION DE LA DEMANDA DE ENERGIA

El costo de la energía representa un porcentaje elevado dentro de los gastos de operación de cualquier organización, motivo por el cual es de vital importancia el establecimiento de estrategias operativas para hacer uso eficiente de la energía y obtener como consecuencia ahorros económicos.

DEFINICIÓN DE DEMANDA MÁXIMA:

Se puede definir como la máxima coincidencia de cargas en un intervalo de tiempo.El medidor de energía almacena la lectura correspondiente al máximo valor registrado de demanda (kW) en intervalos de 15 minutos del periodo de facturación.

Las tarifas eléctricas de uso general de baja y media tensión de más de 25 kW contratados incluyen, además del cargo por consumo (kWh) un cargo por demanda máxima (kW), este aspecto es de suma importancia y requiere un debido control del proceso.

ADMINISTRACIÓN Y CONTROL DE LADEMANDA DE ENERGÍA

El control y administración de la demanda, son todas las actividades, encaminadas, a optimizar el uso de la capacidad del equipo instalado, tanto de los usuarios como de los suministradores de energía eléctrica que consiste en reducir o controlar la demanda en kW durante un período de tiempo, comúnmente en el horario de mayor costo de la energía, optimizando la operación de los equipos eléctricos sin afectar el proceso de producción.

Manual: El personal coordina la operación de los equipos en función del proceso de producción a fin de evitar los picos de cargas innecesarias. Tiene limitacionesen cuanto a rapidez y precisión por el factor humano.

Automático: Se programan los equipos a través de dispositivos electrónicos o mecánicos para controlar los picos de demanda. Sin importar el tipo de control que seutilice, debe conocerse el proceso de producción perfectamente, ya que de ahí se toman los datos para realizar la optimización, tales como:

Información de valores de producción y energía necesarios. La identificación del día y la hora en que ocurre la demanda máxima y las

cargas que contribuyen a la misma.

La identificación de los equipos que pueden sacarse de operación sin afectar el proceso de producción.

Es recomendable comenzar con un método manual de control de demandas antes de automatizar este proceso.

PROBLEMÁTICAS IDENTIFICADAS:

Los métodos y tecnología para el control de la demanda eléctrica continua avanzando, sin embargo se pueden presentar dificultades en su implementación debido a los siguientes factores:

Desconocimiento de la estructura tarifaria (Horarios base, intermedio, semipunta y punta.).

Desconocimiento del concepto de demanda máxima y demanda facturable. Desconocimiento de los beneficios económicos que pueden lograrse.

Es necesario un amplio conocimiento del proceso para priorizar por tiempos las cargas que se desconectaran y reconectarán, antes de instalar los equipos queControlaran de forma automática la demanda.

EJEMPLO DE CONTROLADOR DE LA DEMANDA DE ENERGÍA ELECTRICA

VENTAJAS AL ADMINISTRAR Y CONTROLARLA DEMANDA DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Al establecer estrategias de cambio de hábitos de consumo de la energía eléctrica se obtienen los siguientes beneficios:

PARA EL CLIENTE:

Conocimiento de la estructura tarifaria del personal operativo.

Involucramiento del personal para conocer todas las etapas del proceso. Crecimiento de la cultura del ahorro en la organización. Disminución del consumo en el horario punta. Disminución de la demanda facturable. Disminución del cargo por demanda kW. Disminución del cargo por consumo kWh. Disminución del 20 al 30% en el importe de su facturación. Empresas más competitivas.

En términos generales, es la acción de interrumpir por intervalos de tiempo la operación de cargas eléctricas que inciden directamente sobre la demanda facturable, a fin de reducir o limitar los niveles de consumo en razón de losprecios tarifarios comúnmente conocido como cambio de hábito de consumo.

Es importante señalar que el cambio de hábito de consumo, se plantea como una alternativa de ahorro económico en sistemas eficientes ya que actualmente el cargo por demanda representa entre un 20 a un 30% de la facturación eléctrica, además de la reducción en el cargo por demanda, también se verá reflejado en el cargo por consumo en el horario punta.

Por lo anterior, se requiere que las personas que están aplicando este tipo de programas tengan un amplio conocimiento del proceso productivo de la empresa y su capacidad de flexibilidad. Asimismo, tener conocimientos sobre los consumos horarios, particulares y totales, además de los costos de producción y su balance.

El cambio de hábito, no es disminuir el consumo de energía, se trata de hacer un uso más eficiente y efectivo de la potencia que se demanda. Sin embargo en el

proceso de análisis, para controlar las cargas se encontrarán innumerables vicios ocultos, que podrán ser evaluados por los expertos de cada proceso para erradicarlos y de esta manera reducir significativamente el uso de energía eléctrica.

MÉTODOS PARA ADMINISTRAR YCONTROLAR LA DEMANDA:

La demanda máxima puede ser administrada y controlada manualmente o con ayuda de dispositivos automáticos.

PARA EL SUMINISTRADOR:

Reducir el requerimiento de demanda en el horario punta, generando estabilidad en el sistema eléctrico nacional.

Disminución de pérdidas por el sobrecalentamiento de los equipos. Aumento de la vida útil de los equipos. Diferir las inversiones en infraestructura.

5.4 ESTUDIO DE FACTOR DE CARGAR

El estudio de la carga y potencia instalada es una fuente de información de gran utilidad para empresas consumidoras de energía eléctrica en lo que a seguridad, rendimiento y beneficios se refiere. Gracias al estudio de la carga instalada se puede determinar si el sistema de distribución eléctrica de una planta puede admitir nuevas cargas, verificar la capacidad del sistema eléctrico y del cableado, distribuir correctamente la carga entre las tres fases, realizar un seguimiento del factor de potencia y calcular el consumo de energía antes y después de las mejoras para justificar de esta forma las medidas adoptadas para el ahorro de energía. Esta nota de aplicación trata sobre el uso del registrador Fluke 1735 para la realización de estudios de carga instalada.

Si el propietario de un edificio le pide que conecte nuevos equipos y sistemas a la instalación eléctrica existente, lo primero que debe determinar es si el sistema de distribución eléctrica puede soportar las nuevas cargas. Para contestar a esta pregunta se debe realizar otras primero: ¿cuál es la mayor carga que puede admitir el sistema? A menudo, las autoridades locales deben contar con esta información antes de emitir cualquier permiso para este tipo de modificaciones en las instalaciones eléctricas. Asimismo, necesitará conocer la carga actual para evaluar el nuevo sistema una vez instalado.

Para determinar la capacidad de la instalación, debe tener en cuenta la sección de los conductores, la potencia nominal de los elementos que forman parte de dicha instalación y el espacio para nuevos circuitos. Para determinar cuál es la carga actual, evidentemente, deberá medir las cargas existentes. Registre la demanda de potencia durante un período de 30 días y establezca la demanda máxima. En este artículo se describe el método de registro durante un período de 30 días, esto es, el estudio de carga.

Las normativas y regulaciones pertinentes determinan cuándo debe realizarse un estudio de la carga, qué información se requiere y qué aspectos hay que tener en cuenta en el proceso de revisión. Asegúrese de que conoce y comprende todas las disposiciones y normativas vigentes antes de comenzar a realizar un estudio de carga.

EVITAR SANCIONES DE LA COMPAÑÍA ELÉCTRICA

El factor de potencia es uno de los pará- metros más importantes que se registran en un estudio de carga. Las compañías de suministro eléctrico suelen sancionar a las empresas que operan con un factor de potencia inferior al estipulado en el contrato. Realizar un seguimiento del factor de potencia e implementar una adecuada corrección del mismo pueden evitarle duras sanciones económicas. Por ello, un estudio de carga es una herramienta muy útil para garantizar que la factura eléctrica de un usuario se corresponde con el consumo que realiza.

El estudio de carga se realiza en solo cinco pasos: 1. Conecte las sondas del instrumento a la instalación eléctrica. En el caso de un sistema trifásico, existen ocho conexiones: la tensión en las tres fases, la tensión en el neutro, la corriente en las tres fases y la corriente en neutro. 2. Establezca los parámetros del sistema eléctrico y la topología de la red para que coincidan con el tipo de instalación que se va a analizar. Compruebe que la tensión nominal (tensión de red) y la frecuencia son correctas. 3. Establezca el tiempo de registro, por ejemplo, un intervalo de registro de 15 minutos y un período de 30 días en total. 4. Inicie el registro de datos. En la posición W (potencia), el equipo Fluke 1735 registrará los valores mínimo, máximo y promedio cada 15 minutos de los siguientes parámetros:

• Potencia (en vatios para cada fase y el valor total) • Potencia reactiva (en VAR para cada fase y el valor total) • Potencia aparente (en VA para cada fase y el valor total) • Factor de potencia (para cada fase y el valor promedio) • Consumo promedio de energía (en kWh) • Energía reactiva (en kVARh).

EJEMPLO DE ESTUDIO DE FACTOR DE CARGAR

CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA EN UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Con el siguiente ejemplo se demuestran dos de las ventajas que le ofrecen los estudios de carga. Una planta de tratamiento de aguas residuales decidió añadir nuevas bombas para aumentar su capacidad; en primer lugar fue necesario comprobar si el sistema de distribución eléctrica existente y el transformador de potencia podían alimentar los nuevos equipos, además de a las cargas existentes.

Con la ayuda de un registrador Fluke 1735 se realizó un estudio de carga, en el que la unidad se dejó conectada durante un período de 30 días para medir la carga existente. Transcurridos 30 días, se comprobó que el sistema de distribución de la planta tenía capacidad suficiente para alimentar las nuevas bombas.

Sin embargo, poco después, la compañía eléctrica informó a la planta que su factor de potencia había descendido por debajo del 95%.

Las compañías eléctricas vigilan continuamente el factor de potencia de sus clientes, especialmente los grandes consumidores, para evitar, por ejemplo, que las subestaciones se vean afectadas y tengan dificultades para cumplir con la demanda contratada. Con una pinza amperimétrica Fluke, el técnico electricista de la planta comprobó el centro de control de motores correspondiente a las bombas recién instaladas descubriendo que, efectivamente, el factor de potencia era del 93%. De acuerdo con las disposiciones del contrato con la compañía eléctrica, la planta podría enfrentarse a sanciones.

5.5 .INVESTIGACION DEL FACTOR DE POTENCIAS Y SU ESTUDIO.

Factor de Potencia

Denominamos 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.

Es aconsejable que en una instalación eléctrica el factor de potencia sea alto y algunas empresas de servicio electroenergético exigen valores de 0,8 y más. O es simplemente 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).

Las cargas industriales en su naturaleza eléctrica son de carácter reactivo a causa de la presencia principalmente de equipos de refrigeración, motores, etc. Este carácter reactivo obliga que junto al consumo de potencia activa (KW) se sume el de una potencia llamada reactiva (KVAR), las cuales en su conjunto determinan el comportamiento operacional de dichos equipos y motores. Esta potencia reactiva ha sido tradicionalmente suministrada por las empresas de electricidad, aunque puede ser suministrada por las propias industrias.

Al ser suministradas por las empresas de electricidad deberá ser producida y transportada por las redes, ocasionando necesidades de inversión en capacidades mayores de los equipos y redes de transmisión y distribución.

Todas estas cargas industriales necesitan de corrientes reactivas para su operación.

Bajo factor de potencia

La potencia reactiva, la cual no produce un trabajo físico directo en los equipos, es necesaria para producir el flujo electromagnético que pone en funcionamiento elementos tales como: motores, transformadores, lámparas fluorescentes, equipos de refrigeración y otros similares. Cuando la cantidad de estos equipos es apreciable los requerimientos de potencia reactiva también se hacen significativos, lo cual produce una disminución del exagerada del factor de potencia. Un alto consumo de energía reactiva puede producirse como consecuencia principalmente de:

Un gran número de motores. Presencia de equipos de refrigeración y aire acondicionado.

Una sub-utilización de la capacidad instalada en equipos electromecánicos, por una mala planificación y operación en el sistema eléctrico de la industria.

Un mal estado físico de la red eléctrica y de los equipos de la industria.

Cargas puramente resistivas, tales como alumbrado incandescente, resistencias de calentamiento, etc. no causan este tipo de problema ya que no necesitan de la corriente reactiva.

¿Por qué resulta dañino y caro mantener un bajo factor de Potencia?

El hecho de que exista un bajo factor de potencia en su industria produce los siguientes inconvenientes:Al suscriptor:

Aumento de la intensidad de corriente Pérdidas en los conductores y fuertes caídas de tensión Incrementos de potencia de las plantas, transformadores, reducción de su vida útil

y reducción de la capacidad de conducción de los conductores La temperatura de los conductores aumenta y esto disminuye la vida de su

aislamiento. Aumentos en sus facturas por consumo de electricidad.

A la empresa distribuidora de energía: Mayor inversión en los equipos de generación, ya que su capacidad en KVA debe

ser mayor, para poder entregar esa energía reactiva adicional. Mayores capacidades en líneas de transmisión y distribución así como en

transformadores para el transporte y transformación de esta energía reactiva. Elevadas caídas de tensión y baja regulación de voltaje, lo cual puede afectar la

estabilidad de la red eléctrica.

Una forma de que las empresas de electricidad a nivel nacional e internacional hagan reflexionar a las industrias sobre la conveniencia de generar o controlar su consumo de energía reactiva ha sido a través de un cargo por demanda, facturado en Bs./KVA, es decir cobrándole por capacidad suministrada en KVA. Factor donde se incluye el consumo de los KVAR que se entregan a la industria.4. ¿Cómo puedo mejorar el Factor de Potencia?Mejorar el factor de potencia resulta práctico y económico, por medio de la instalación de condensadores eléctricos estáticos, o utilizando motores sincrónicos disponibles en la industria (algo menos económico si no se dispone de ellos).A continuación se tratará de explicar de una manera sencilla y sin complicadas ecuaciones ni términos, el principio de cómo se mejora el factor de potencia:El consumo de KW y KVAR (KVA) en una industria se mantienen inalterables antes y después de la compensación reactiva (instalación de los condensadores), la diferencia estriba en que al principio los KVAR que esa planta estaba requiriendo, debían ser producidos, transportados y entregados por la empresa de

distribución de energía eléctrica, lo cual como se ha mencionado anteriormente, le produce consecuencias negativas .Pero esta potencia reactiva puede ser generada y entregada de forma económica, por cada una de las industrias que lo requieran, a través de los bancos de capacitores y/o motores sincrónicos, evitando a la empresa de distribución de energía eléctrica, el generarla transportarla y distribuirla por sus redes.Veamos un ejemplo:Un capacitor instalado en el mismo circuito de un motor de inducción tiene como efecto un intercambio de corriente reactiva entre ellos. La corriente de adelanto almacenada por el capacitor entonces alimenta la corriente de retraso requerida por el motor de inducción.La figura 4 muestra un motor de inducción sin corrección de factor de potencia. El motor consume sólo 80 amp. para su carga de trabajo. Pero la corriente de magnetización que requiere el motor es de 60 amp, por lo tanto el circuito de

alimentación debe conducir: 100amp.  (802 + 602) = 100 amp .Por la línea de alimentación fluye la corriente de trabajo junto con la corriente no útil o corriente de magnetización. Después de instalar un capacitor en el motor para satisfacer las necesidades de magnetización del mismo, como se muestra en la figura 5, el circuito de alimentación sólo tiene que conducir y suministrar 80 amp. para que e1 motor efectúe el mismo trabajo. Ya que el capacitor se encarga de entregar los 60 amp. Restantes. El circuito de alimentación conduce ahora únicamente corriente de trabajo.Esto permite conectar equipo eléctrico adicional en el mismo circuito y reduce los costos por consumo de energía como consecuencia de mantener un bajo factor de potencia.

5. Ejemplo de aplicación para determinar la potencia reactiva capacitiva necesaria para corregir el factor de potencia:

(Fuente: Instalaciones Eléctricas, Tomo I, Albert F. Spitta - Günter G. Seip)Si se desea alcanzar un valor determinado del factor de potencia cos fi2 en una instalación cuyo factor de potencia existente cos fi1 se desconoce, se determina éste con ayuda de un contador de energía activa, un amperímetro y un voltímetro.P: Potencia activa, en kWS1: Potencia aparente, en kVAQc: Potencia del capacitor, en kVArU: Tensión, en VI: Intensidad de corriente, en An: Número de vueltas del disco contador por min.c: Constante del contador (indicada en la placa de tipos del contador como      velocidad de rotación por kWh).cos fi1: Factor de potencia realcos fi2: Factor de potencia mejoradoValores medidos: U= 380V; I= 170A.Valores indicados por el contador: n= 38r/min.; c= 30 U/kWh.

El factor de potencia cos fi1 existente se ha de compensar hasta que alcance un valor de cos fi2= 0,9.Potencia activa: P= n.60/c = (38 r/min . 60)/(30 U/kWh) = 76 kWPotencia aparente: S1= (U.I.1,73)/1000 = (380V . 170A . 1,73)/1000 = 112 kVAFactor de potencia existente: cos fi1= P/S1= 76 kW/112 kVA = 0,68Ya que cos fi= P/S y tan fi= Q/P; y a cada ángulo fi corresponde un valor determinado de la tangente y del coseno, se obtiene la potencia reactiva:antes de la compensación Q1= P.tan fi1; y después de la compensación Q2= P.tan fi2;resultando, según las funciones trigonométricas:de cos fi1= 0,68 se deduce tan fi1= 1,08 yde cos fi2= 0,9 se deduce tan fi2= 0,48Por consiguiente, se precisa una potencia del capacitor de:Qc= P.(tan fi1 - tan fi2) = 76 kW (1,08 - 0,48) = 45,6 kVAr Analizando la correspondiente tabla , se llega al mismo resultado de la siguiente forma: en ella se indican los valores de tan fi1 -tan fi2 . En el presente ejemplo resulta, para un valor de cos fi1= 0,68 y uno deseado de cos fi2= 0,9; un factor de F= 0,595kVar/kW.En tal caso, la potencia del capacitor necesaria es:Qc= P.F = 76 kW . 0,595 (kVAr/kW) = 45,6 kVArSe elige el capacitor de magnitud inmediata superior, en éste caso el de 50 kVAr.

Como medir potencia y factor de potencia con amperímetroEste método es muy práctico por que en ocasiones no tenemos un wattmetro a la mano o bien no lo podemos comparar por el costo tan elevado, pues bien aquí tienes un método práctico que solo necesitas una resistencia (puede ser una como las que usan las parrillas), un amperímetro o un volmetro y aplicar unas formulas matemáticas (ley de los senos y cosenos)Procedimiento:a) conecta en paralelo la resistencia con la carga que quieres medir el f.p.b) anota los valores RMS de la corriente que entrega la fuente, la corriente que pasa por la resistencia y la corriente que pasa por la carga ¡Listo!c) ahora resuelve tu problema como un análisis vectorial y aplicando las leyes de Kirchoff suponiendo que el ángulo del voltaje es cero y calcula el ángulo.Como ya conoces las magnitudes IL, IT, IRCalcula el ángulo bpor lo tanto, q = 180 - bF.P = COS (180 - b )Watts = P VI Cos ( 180 - b )Como medir potencia y f.p con un volmetro

Este método es similar al visto anteriormente pero ahora con un vólmetro y un circuito en serie y suponiendo que la corriente tiene un ángulo de cero.f.p= Cos ( 180-b ) Watts=P=VI Cos (180 -b )

5.6 APLICACIÓN DE LA NORMATIVIDAD VIGENTE.