View
73
Download
4
Category
Preview:
Citation preview
Tópico I Situación Energética y Programas de Ahorro de Energía en el Perú
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
3
PRESENTACIÓN
Hace 5 años, el Ministerio de Energía y Minas tomó la decisión de
desarrollar una Campaña de Ahorro de Energía a través del Proyecto para
Ahorro de Energía (PAE), para hacer frente al potencial déficit de energía
que se preveía podía producirse en 1995 y 1996, años en que casi no
teníamos márgenes de reserva de energía eléctrica y en 1998 para hacer
frente al déficit que produjo la salida de la Central de Machu Picchu, que
suministraba el 25% de la energía a la región sur del país.
El PAE en convenio con otras entidades, desarrolló una intensa campaña
de ahorro de energía, para evitar potenciales racionamientos y lograr que
el país continuara creciendo sin problemas energéticos, durante esos años,
objetivo que se cumplió plenamente. Sin embargo, la Campaña de
Ahorro de Energía no sólo ha servido para hacer frente a estas situaciones coyunturales, sino también está
ayudando a formar una conciencia sobre el uso racional de la energía en la población, que se vienen
consiguiendo gracias a una campaña educativa, informativa y publicitaria, dirigida a modificar los hábitos
de consumo de la población. Los resultados de este esfuerzo se vienen midiendo periódicamente a través
de encuestas, habiéndose percibido mejoras sustanciales a lo largo de estos años. Así por ejemplo, en
1996, un año después de la campaña, cuando se preguntó a la población sobre que actitud tomaba en las
“horas punta”, un 14% respondió que apagaba todos los focos innecesariamente encendidos. Sin
embargo, el año 1997, es decir 2 años después, este porcentaje se había incrementado a un 24% y a fines
de 1998, 4 años después de la campaña, un 55% de la población respondía que apagaba los focos
innecesariamente prendidos. Estos son los frutos de la campaña educativa, que constituye la columna
vertebral del programa, ya que consideramos que los más importante, es el proceso de concientización,
que es el motor que mueve la voluntad de las personas.
Por otro lado, con la finalidad de ayudar a que nuestro sector productivo y de servicios, sea cada vez más
eficiente y considerando que las reducciones de consumo de energía que se consiguen con la
implementación de programas de uso racional de energía, tienen la ventaja de pagarse con los propios
ahorros que se generan, es que estamos empeñados en formar un mercado de eficiencia energética para
que la ejecución de este tipo de proyectos se intensifique en el país. Para ello, estamos sensibilizando a la
demanda, constituida por las empresas usuarias de energía, mediante cursos para sus jefes de
mantenimiento, revistas especializadas, y en los próximos meses a través de la publicación de índices de
eficiencia energética por ramas productivas y de servicios, que les servirá para compararse y decidirse a
implementar este tipo de programas. Por otro lado, también estamos empeñados en incrementar la oferta
de asesoría especializada, a través de la formación de consultores para satisfacer la demanda de servicios
de eficiencia energética que estamos generando.
Desde este punto de vista, el libro de Eficiencia Energética elaborado por el PAE, pretende dinamizar la
formación de este mercado de eficiencia energética, ya que no sólo servirá para dotar de más
conocimientos al sector demanda y oferta, sino que les proveerá de un lenguaje común que les ayudará a
establecer una comunicación precisa entre ambos. Por otro lado, también está destinado a servir como
elemento de formación en esta especialidad, en Universidades e Institutos Tecnológicos. Estamos
seguros, que con este aporte, el Ministerio de Energía y Minas, está contribuyendo de manera importante
a reducir los consumos energéticos de la empresas, que incrementará la competitividad del sector
productivo y de servicios y a la vez ayudará a preservar nuestros recursos naturales y nuestro medio
ambiente.
JORGE SAN ROMÁN DE LA FUENTE
VICE MINISTRO DE ENERGÍA
MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS
Tópico I Situación Energética y Programas de Ahorro de Energía en el Perú
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
4
ING. MIGUEL ANGEL ZEVALLOS SALINAS
Ingeniero Electricista con estudios superiores en
“Gestión de Recursos Energéticos y Ahorro de
la Energía” en Italia (1998) y ha sido capacitado
sobre “Innovaciones tecnológicas de la
industria” auspiciado por el Banco Mundial en
Londres-Inglaterra, y en la Misión Técnica
Hidro Quebec International (Montreal-Canada).
En CENERGIA ha sido Jefe de Proyecto de
diversos estudios de Eficiencia Energética y de
evaluación de pérdidas eléctricas en sistemas de
distribución y especialista en el Proyecto
“Monitoring and Targeting para la industria del
Perú” con la asistencia técnica del Programa
ESMAP del Banco Mundial (1995-1996). En el
Proyecto para Ahorro de Energía (PAE) del
Ministerio de Energía y Minas (MEM) ha sido
docente de los cursos de Post Grado de
Eficiencia Energética que se realizó con la UNI
en 1996, 1997 y en 1998 con la CDG-UNI, y de
diversos cursos de Eficiencia Energética para
Jefes de Mantenimiento y de Planta, técnicos y
estudiantes universitarios.
1. CAPÍTULOS: 1.2, 1.3, 1.6, 2.1, 2.2, 2.3,
2.4, 4.1
ING. FREDY SARAVIA POICON
Ingeniero Electricista de la Universidad
Politécnica de Kiev en Ucrania (Rusia), Master
en Administración (MBA) de la Universidades
de California y San Ignacio de Loyola, con una
estancia sobre Ingeniería Energética en España.
Ha sido docente de los cursos de Post Grado de
Eficiencia Energética que realizo el Proyecto
para Ahorro de Energía (PAE) del Ministerio de
Energía y Minas (MEM) con la UNI en 1996 y
1997 y en 1998 con la CDG-UNI y de diversos
cursos de Eficiencia Energética para Jefes de
Mantenimiento y de Planta, técnicos y
estudiantes universitarios. Actualmente se
desempeña como Docente de la Facultad de
Ingeniería Eléctrica de la Universidad Nacional
del Ingeniería (UNI) y como Consultor de
Proyectos de “Energía y Eficiencia Energética”.
Capítulos: 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 2.2, 2.5, 2.6,
ING. EDWIN QUINTANILLA ACOSTA
Ingeniero Electricista con estudios superiores de
Maestría en Administración de Negocios en la
Escuela Superior de Administración de
Negocios (ESAN) en 1987. Ha seguido cursos
de especialización en Regulación y Tarifas. Ha
sido Secretario Ejecutivo de la Comisión de
Tarifas Eléctricas de 1996 hasta junio de 1999.
Desde julio de 1999 se desempeña como
Secretario Ejecutivo de la Comisión de Tarifas
de Energía.
2. CAPÍTULO: 3.1
ING. JULIO CESAR ROMANI AGUIRRE
Ingeniero Químico, egresado de la Universidad
San Cristóbal de Huamanga. Realizó estudios de
Post Grado en Ingeniería Nuclear en la
Universidad de Buenos Aire, así como en
Elaboración y Evaluación de Proyectos. Llevó a
cabo "stages" de especialización de 2 años en
España y Argentina. Ha realizado el Curso de
Desarrollo de Directivos en la Universidad de
Piura. Es miembro Fundador y ex Vice
Presidente de la Sociedad Peruana de Ciencia y
Tecnología (SOPECYT). Fue Director General
de Instalaciones del Centro Nuclear de
Investigaciones del Perú (1991-1994) y ex-
Presidente del Grupo de Uso Racional de
Energía del Grupo Andino (1995-1996). Es Jefe
del Proyecto para Ahorro de Energía (PAE) del
Ministerio de Energía y Minas desde octubre de
1994. En la actualidad es miembro del Comité
Editorial de la Revista Eficiencia Energética y
Energías Renovables y del Boletín Educativo de
Ahorro de Energía, que se publica
cuatrimestralmente.
3. CAPÍTULO: 1.1
Tópico I Situación Energética y Programas de Ahorro de Energía en el Perú
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
5
CAPÍTULO I.1:
SITUACIÓN ENERGÉTICA Y PROGRAMAS DE
AHORRO DE ENERGÍA EN EL PERÚ
1. EL CAMINO HACIA LA EFICIENCIA ENERGÉTICA
Durante las últimas 3 décadas, han sucedido diferentes fenómenos económicos,
políticos y ambientales, que han dinamizado la implementación de estos programas a
nivel mundial.
1.1. DÉCADA DEL 70: CRISIS ENERGÉTICA.
En Octubre de 1973, la Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP),
por motivos políticos, más que por razones de estructura de costos, decidió
incrementar el precio de este insumo desde 1.6 dólares el barril a casi 10 dólares, lo
que originó una gran crisis económica a nivel mundial produciendo inflación y
recesión en todos los países, principalmente en los países importadores de
petróleo1. Esto obligó, a los países desarrollados a reflexionar sobre la posibilidad
de sustituir al petróleo con otras fuentes de energía, ya que no querían depender de
este vital insumo debido a que la mayor parte de las reservas mundiales se
encontraban en el Golfo Arábigo 2. Ver Fig. I.1.1
1 El libro de la Energía. Forum Atómico Español. 1987
2 U.S. Energy 1995. The 9th. Annual Assesment of United States Energy Policy. USEA - 1995
Tópico I Situación Energética y Programas de Ahorro de Energía en el Perú
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
6
Fig.I.1.1 Reservas mundiales de petróleo - 1995 (billones de barriles)
Debido a ello, los países desarrollados analizaron diferentes alternativas energéticas con
el objetivo de diversificar sus fuentes de suministro energético. Entre las alternativas
que se evaluaron estuvieron:
A. La utilización de las energías renovables como la solar y la eólica. Desde luego,
ya en ese entonces, ambos tipos de energía eran técnicamente factibles de ser
utilizadas, sin embargo no lo eran económicamente sobre todo para la producción de
energía a gran escala. No obstante, decidieron intensificar las investigaciones
tecnológicas para que en el largo plazo, este tipo de energía fuera económicamente
competitiva.
B. La energía nuclear. Este tipo de tecnología era reciente y se venía utilizando desde
la década del 60 para producir electricidad, sin embargo tenía la ventaja de producir
energía en grandes cantidades y a un costo más bajo que el proveniente de las plantas
térmicas que funcionaban con petróleo. Por esta razón, la mayor parte de los países
desarrollados, decidieron iniciar programas nucleares intensos con la finalidad de
construir centrales nucleares para diversificar y asegurar su abastecimiento de
energía. En 1998, en promedio más del 16 % de la energía eléctrica consumida a
nivel mundial provino de plantas nucleares. En Europa, el país más representativo es
Francia cuya demanda es cubierta en un 75% por sus centrales nucleares, mientras
que otros países como Japón cubre el 35% de su demanda con este tipo de plantas 3.
C. Programas de Ahorro de Energía. Paralelamente se llegó a la conclusión que se
podía mantener el mismo nivel de calidad de vida y mantener el crecimiento del país
3 Nuclear España Nº 186 Mayo 1999
Tópico I Situación Energética y Programas de Ahorro de Energía en el Perú
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
7
consumiendo menos energía. Desde luego, el concepto era que la demanda de
energía está inducida por una demanda paralela de servicios energéticos tales como
el alumbrado, la refrigeración, el transporte entre otros y sí se podía prestar el mismo
servicio empleando menos energía, el ahorro de energía era en realidad un recurso,
de igual categoría que cualquier otra fuente de energía. Por lo tanto, lo que se
proponía era explotar los “yacimientos del ahorro” a través de la mejora de los
hábitos de consumo, la utilización de equipos eficientemente energéticos en todos los
sectores de consumo y el mejoramiento de la arquitectura de edificios y viviendas.
Un ejemplo concreto de la posibilidad de la aplicación de estas técnicas se dio en el
Estado de California de los Estados Unidos; allí se estimaba que la demanda crecería
entre 1976 y 1985 en 20 GW, lo que significaba construir en ese período un
equivalente a 20 plantas de 1,000 MW de potencia cada uno. Sin embargo, dicho
Estado decidió realizar un programa de ahorro de energía muy intenso en ese
período, logrando como resultado que sólo fueran necesarios construir 4 plantas de 1
GW. El ahorro tanto en inversión y en energía, se logró evitando que se construyeran
las otras 16 plantas, significó un ahorro económico para la propia población, que
finalmente es quien paga dichas inversiones a través de las tarifas4 . Programas
similares se realizaron en otras regiones del mundo, logrando que su Producto Bruto
Interno (PBI) continuará creciendo, mientras que su consumo total de energía
prácticamente se estancara y el consumo de petróleo incluso se redujera. Puede verse
que antes de 1973, el porcentaje de crecimiento del PBI traía aparejado un
crecimiento del consumo de energía de la misma magnitud. Ver Fig. I.1.2 y Fig.
I.1.3.
Fig.I.1.2 Evolución del crecimiento del PBI y consumo de energía de la Unión
Europea
The source: OECD “Energy balance”
4 EL Ahorro de Energía. La Escuela de Berkeley. Mundo científico Nº 112
Tópico I Situación Energética y Programas de Ahorro de Energía en el Perú
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
8
Fig.I.1.3 Evolución del crecimiento del PBI y consumo de energía de Japón
The source: The Institute of Energy Economics, Japan 89
1.2 DÉCADA DEL 80: GLOBALIZACIÓN DE LA ECONOMÍA
Como consecuencia de la intensificación de la internacionalización de la economía
(más conocida como globalización de la economía), los países repararon que para
ser competitivos en los diferentes mercados, tenían que reducir sus costos de
producción, entre ellos sus costos energéticos. Este fue otro de los factores que
impulsaron el desarrollo de este tipo de programas en esa década, ya que la
competitividad se había convertido en la piedra angular para conquistar otros
mercados. Ver Cuadro No. I.1.1
Cuadro Nº I.1.1
RANKING DE COMPETITIVIDAD EMPRESARIAL (MICROECONÓMICA) Y
GLOBAL (1999)
PAÍS
COMPETITIVIDAD
EMPRESARIAL
(MICROECONÓMICA)
COMPETITIVIDAD
GLOBAL
Estados Unidos
Finlandia
Holanda
Suecia
1
2
3
4
2
11
9
19
Tópico I Situación Energética y Programas de Ahorro de Energía en el Perú
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
9
Suiza
Alemania
Chile
México
Brasil
Costa Rica
Argentina
Perú
El Salvador
Venezuela
Colombia
Ecuador
Bolivia
5
6
24
34
35
38
40
46
47
51
52
57
58
6
25
21
31
51
34
42
36
46
50
54
53
55 Fuente: Global Competitiveness Report 1999 – World Economic Forum
Revista Semana Económica (4-oct.99)
Elaboración: Apoyo Consultoría S.A.
1.3 DÉCADA DEL 90: CRISIS ECOLÓGICA
Los científicos, durante la última década, venían advirtiendo que el contenido de
dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera se estaba incrementando de manera
importante y pronosticaban que esto produciría el calentamiento de la tierra, que se
conoce comúnmente con el nombre de EFECTO INVERNADERO. Ver. Fig.I.1.4 y
Fig. I.1.5.
Fig. I.1.4 EVOLUCIÓN DE LA
CONCENTRACIÓN DE CO2 EN LA
ATMÓSFERA EN LOS ÚLTIMOS 100
AÑOS
FIG. I.1.5 EVOLUCIÓN DE LA
TEMPERATURA EN LOS ÚLTIMOS 100
AÑOS
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
144
Fuente: World Resources Institute. Climate Protection and the National Interest. 1997
De hecho, se ha demostrado a través de rigurosas mediciones, que durante el presente
siglo, la presencia de este gas en la atmósfera ha crecido en un 20%, lo que ha dado origen
a que la temperatura de la tierra aumente en aproximadamente 0.5 °C. De seguir esa
tendencia y si no hace nada por evitarlo, en los próximos 50 años se pronostica que la
temperatura podría incrementarse en 2 grados centígrados más.
Durante los últimos años, se han detectado algunos signos que indican que dicho
calentamiento ya estaría produciendo algunos efectos en nuestro planeta. Por ejemplo, los
12 años más calientes durante el presente siglo se han dado entre 1980 y 1995. Se
pronostica que un calentamiento prolongado podría producir que reaparezcan
enfermedades tropicales que ya habían sido erradicadas como la malaria, el cólera, el
dengue, la fiebre amarilla y también producir cambios climáticos muy importantes, que
originarían sequías en algunas partes del mundo y abundantes lluvias en otras, pudiendo
causar migraciones de cientos de miles de personas en busca de mejores hábitats para tener
una supervivencia asegurada. Por otro lado, podría producir el deshielo de los nevados,
gracias a los cuales muchos valles en el mundo tienen agua permanente durante todo el
año. A ello se suma, el potencial deshielo que podría producirse en los casquetes polares,
que incrementaría el nivel del mar produciendo inundaciones de gran magnitud en algunos
países asiáticos que prácticamente se encuentra al nivel del mar. Finalmente,
calentamientos localizados podrían romper el frágil equilibrio de los ecosistemas de
algunas partes del mundo, propagándose en el tiempo este efecto a nivel mundial,
amenazando la supervivencia de la vida humana.
Esto viene ocurriendo por el desbalance existente entre las emisiones del dióxido de
carbono que en 1995 ascendían a 6,500 millones de TM/año (debido principalmente a las
plantas de energía que utilizan combustibles fósiles, el transporte y la industria), mientras
que la capacidad de absorción del planeta sólo es de 2,500 millones de TM/año (que es
absorbida fundamentalmente por la vegetación y el agua del mar). El 73% de las emisiones
de los gases de efecto invernadero eran producidos en 1995 por los países desarrollados,
mientras que sólo el 27% eran producidos por los países en vías de desarrollo5. Ver. Fig.
I.1.6.
5 Climate change. State of knowledge. Office of Science and Technology. USA. 1997
Más información se puede encontrar en http://www.ipcc.ch y en http://www.wri.org/wri/climate/
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
145
FIG. I.1.6. Desbalance mundial entre la emisión y absorción del dióxido de carbono está produciendo el
efecto invernadero
Desde luego las medidas más efectivas para reducir el efecto invernadero consisten en:
a. Implementar programas de eficiencia energética, con la finalidad de racionalizar el
consumo y de esta manera reducir las emisiones ambientales que inevitablemente se
producen cuando se genera energía.
b. Utilizar energías alternativas limpias, como las renovables, para ir sustituyendo
progresivamente las fuentes de energía que funcionan con combustible fósiles.
c. Fomentar los programas de forestación y reforestación a fin de aumentar la capacidad
de absorción de las plantas del planeta.
Con la finalidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y evitar el cambio
climático, durante la Cumbre de Río, que se llevó a cabo en 1992 y a la que asistieron 172
países, se acordó suscribir el Convenio Marco de las Naciones Unidas para el Cambio
Climático. En diciembre de 1997, las partes firmantes se reunieron en Kyoto (Japón) para
aprobar el denominado Protocolo de Kyoto. En el mismo, los países industrializados se
comprometieron a reducir en 5% sus emisiones de los años 2008-2012 con respecto a sus
emisiones del año 1990. Es decir, si en 1990 uno de ellos hubiera emitido 1 millón de
toneladas (TM) de CO2, en el período 2008 al 2012 debe emitir como máximo un
promedio de 950,000 TM por año. Un aspecto importante a mencionar es que
voluntariamente la Unión Europea decidió reducir para dicho período un 8% de sus
emisiones. Estos compromisos son de carácter mandatario para los países industrializados,
mientras que aún no existe exigencia alguna para los países en vías de desarrollo. Sin
embargo, como probablemente algunos de los países industrializados podría no poder
reducir la parte que le toca en su propio territorio, el convenio establece la posibilidad de
que estos programas se realicen en países en vías de desarrollo, bajo la modalidad de
proyectos de “implementación conjunta” y “mecanismos de desarrollo limpio” los mismos
que serían financiados por los países industrializados con la condición, de que las
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
146
reducciones que se logren, se contabilicen a su favor para cumplir con las metas
establecidas en el Protocolo de Kyoto.
2.- ENTORNO ECONÓMICO DEL PERÚ DURANTE LA PRESEN-TE
DÉCADA
Durante las dos décadas previas a 1990, el modelo de desarrollo se basaba en la sustitución de
importaciones y una característica fundamental era que se tenía un nivel muy elevado de
intervención estatal en la economía del país. La intervención estatal y el proteccionismo
originaron distorsiones en el mercado interno, obstaculizando un crecimiento sostenible y
sano, lo que sumado al fenómeno terrorista, produjo que el país entrara a una etapa de franco
deterioro, que se traducía en una hiperinflación y devaluación continua que iban socabando la
economía y la confianza en el país. Los altos niveles de subvención a la energía trajo consigo
malos hábitos de consumo de energía, debido a que todos los sectores de consumo más
importantes no pagaban el precio real de este importante insumo. “A comienzos de la década
del 80, la tarifa promedio de energía eléctrica era de 4.43 centavos de dólar/kWh, y el costo
medio era de 4.47; en 1989 la tarifa promedio era de 1.88 frente a un costo medio de 5.10
centavos. Algo similar sucedía con la canasta de combustibles, cuyo precio medio era de 12
centavos y sus costos operativos bordeaban los 38 centavos” 6.
Fig. I.1.7 Evolución de los precios medios de la energía eléctrica 1975- 1998
Fuente: Plan Referencial de Electricidad 1998
A partir de 1990, el gobierno inicia una política de estabilización económica. Para ello se
aplica una serie de reformas estructurales, entre ellas la eliminación de los monopolios
estatales y privatización de las empresas públicas y a la vez realiza las acciones necesarias
6 “Política Energética de Inversión Extranjera”. Exposición del Ministro de Energía y Minas, Fernando Sánchez A., CADE 1990.
75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Ctv
os
. U
S$
/kW
h
Precio de Energía Subsidiada Precio Real
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
147
para eliminar la subversión. También se da una reducción gradual de los subsidios a las tarifas
de los servicios públicos. La fase de estabilización creó las condiciones favorables para la
inversión privada que participaría en todos los sectores y dinamizaría el crecimiento del país.
Los resultados del buen manejo de los instrumentos económicos, hizo que la hiperinflación
fuera eliminada y el proceso de devaluación permanente se detuviera. La confianza volvió a
los agentes económicos. Como resultado de esta política durante la presente década el país
creció comparativamente más que el promedio mundial y el de América Latina, a diferencia
de lo que había ocurrido en las 2 últimas décadas anteriores. Ver Fig. I.1.8 y Fig. I.1.9
3. SITUACIÓN ENERGÉTICA
El Perú, las reservas probadas de energía comercial ascienden a 467 millones de TEP, de los
cuales, el gas y los líquidos del gas natural, ascienden a casi la mitad. La producción de
Fig. I.1.9. PERÚ: Evolución del PBI 1990 - 1999
-5,4
2,8
-1,4
6,4
13,1
7,3
2,5
7,2
0,7
3,1
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 (*)
FUENTE: INEI - 1999(*) a noviembre
Fig. I.1.8. Evolución comparativa del crecimiento económico mundial
de Latinoamérica y el Perú, 1970 - 1998
4,7
43,6
6
1,3
3,43,8
4,7
-0,8
71-80 81-90 91-98
MUNDO
AMÉRICA LATINA
PERÚ
FUENTE: INSTITUTO PERUANO DE ECONOMÍA-1999
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
148
energía comercial en 1998, se basó predominantemente en el petróleo, representando el 68.2%
del total (equivalente a 5.71 millones de TEP/año). De ello se puede deducir que nuestro
consumo actual esta basado en una fuente de la que tenemos escasas reservas. Por otro lado,
la producción de energía secundaria en ese año fue de 9.94 TEP, siendo los hidrocarburos los
más importantes con un 83.2% (gasolina, kerosene, diesel, petróleo residual, GLP entre
otros), seguido por la electricidad en un 14.9%.
3.1. SECTOR ELÉCTRICO
A fines de 1992, con la finalidad de mejorar el servicio de electricidad y ganar eficiencia a
nivel sistema, se promulgó la Ley de Concesiones Eléctricas el mismo que promueve el
desarrollo del sector electricidad en base a la participación del sector privado y la
competencia. Con esa finalidad esta Ley establece una reestructuración del sistema eléctrico y
separa las actividades de generación, transmisión y distribución como unidades de negocios
diferentes. Por otro lado según los principios establecidos por esta Ley, las tarifas deberán
tender gradualmente a su valor real, evitándose los subsidios.
Dada las escasas reservas de generación y en especial de capacidad efectiva que poseía el país
cuando se inició la privatización, una modalidad importante dentro de dicho proceso fue la de
los compromisos de inversión para construir nuevas plantas, lo que dio buenos resultados
como se puede apreciar en la figura siguiente.
Fig.I.1.11 Potencia instalada a nivel nacional (MW)
FIG. I.1.10 PERÚ: Reservas comerciales y Producción Comercial, 1998
46,9%
14%
30,6%
17,7%
8,4%
0,1%
9,6%
68.2%
4,5%
RESERVAS PRODUCCIÓN
URANIO
PETRÓLEO
CARBÓN
HIDROENERGÍA
GAS NATURAL + LÍQUIDOS
FUENTE: BALANCE NACIONAL DE ENERGIA 1998 / OTERG - MEM
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
149
La participación del sector privado durante los últimos años, así como el trabajo realizado por
la Dirección Ejecutiva de Proyectos (DEP), del Ministerio de Energía y Minas a nivel de
electrificación rural, ha permitido que el coeficiente de electrificación del país se eleve hasta
el 72% en el año 1999.
Por otro lado, la privatización ha mejorado la eficiencia del sistema y que las pérdidas se
reduzcan sustancialmente durante los últimos años. El consumo actual de electricidad en los
diferentes sectores de consumo son los siguientes:
Fig. I.1.13 Consumo de energía eléctrica por sectores 1998
FIG. I.1.12 PERÚ: Evolución del coeficiente de electrificación, 1990 - 1998
54,89
59,75
61,27
69,5
52,9
67,6
64,9
66,1
54,55
50
55
60
65
70
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998
AÑOS
EN
P
OR
CE
NT
AJ
E
(%)
FUENTE: DGE - Información Estadística Económica - 1998
2.4 2.4
4
2.4
5
2.5
1
2.5
1
2.4
8
2.4
9
2.5
1
2.5
7
1.7
4
1.6
7
1.7 1.7
8
1.8
7
1.9
8 2.1
7
2.6
8 2.9
4
4.1
4
4.1
1
4.1
5
4.2
9
4.3
8
4.4
6 4.6
6
5.1
9 5.5
2
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 19980
1
2
3
4
5
6
HIDRAÚLICA TÉRMICA TOTAL
FUENTE: ELECTRICIDAD 99, BOLETIN Nº 1 (NOV)-DGE
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
150
Durante los últimos años, la intensidad energética eléctrica como consecuencia del programa
económico y de la campaña de ahorro de energía no ha seguido creciendo y se ha detenido.
Fig. I.14 Evolución de la intensidad eléctrica en el Perú (Consumo de energía/PBI en
soles reales de 1979)
3.2. SECTOR HIDROCARBUROS
Durante la presente década, como consecuencia de la reestructuración del mercado energético,
al igual que en el sector eléctrico, también se promovió el desarrollo de las actividades en este
ALUMBRADO PÚBLICO
3.82%
COMERCIAL 15.31%
INDUSTRIAL 54.87%
RESIDENCIAL 26.00%
Fuente: Anuario CTE 1998
FUENTE: Elaboración PAE - 1999
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
151
sector sobre la base de la libre competencia con la finalidad de promover la inversión y
modernización del sector. En virtud a ello, el monopolio que estaba anteriormente en manos
de la empresa PetroPerú y que cubría las actividades de exploración, producción, refinación,
transporte y distribución, así como la comercialización, viene siendo transferido
paulatinamente al sector privado. Este proceso se inició con la privatización de las estaciones
de servicio desde junio a diciembre de 1992, y posteriormente se siguió vendiendo de manera
fragmentada el resto del negocio (refinería La Pampilla, Planta de Lubricantes, terminales de
distribución entre otros) así como lotes de exploración que tenía a su cargo la empresa estatal
antes mencionada.
4. PROGRAMAS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EL PERÚ
El Perú desarrolló acciones de ahorro de energía desde 1973, año en que se produjo la gran
crisis energética a nivel mundial debido al incremento del precio del petróleo, insumo que en
ese entonces importábamos en cantidades considerables ya que nuestra producción era muy
limitada. Sin embargo, estas fueron acciones periódicas y no sostenibles en el tiempo, debido
a que la fuerte subvención, que tuvieron durante las décadas del 70 y el 80, tanto las tarifas
eléctricas como los combustibles, desalentaban la realización de estos programas. En 1985
fue creado el Centro de Conservación de Energía y del Ambiente (CENERGIA), entidad que
desde esa fecha ha realizado una tarea pionera, principalmente, en la promoción de la
eficiencia energética en el sector industrial.
El Proyecto para Ahorro de Energía (PAE) fue creado a fines de 1994 por el Ministerio de
Energía y Minas, para desarrollar acciones bajo el concepto del AHORRO DE ENERGÍA en
vista que no se tenían los márgenes de reserva suficientes como para soportar la reactivación
económica y el crecimiento del índice de electrificación que se venía produciendo desde
1993. A ello se sumaban los pronósticos que los años 95 y 96 serían secos, lo que sin duda
afectaría a nuestro sistema hidroeléctrico reduciendo más la oferta, el margen de reserva y
poniendo en riesgo el normal desarrollo del país. Debido a esta situación, el objetivo principal
de la campaña durante 1995 y 1996 fue evitar que se produjeran racionamientos en el Sistema
Interconectado Centro Norte (SICN) a través de la reducción de la demanda en 100 MW, lo
que se cumplió, ya que durante esos 2 años no se registraron restricciones de fluido eléctrico
en ningún momento.
La campaña de ahorro de energía, durante estos últimos años se realizó principalmente en el
sector residencial y comercial; realizándose para ello 3 actividades paralelas y
complementarias entre si: una campaña educativa, una campaña publicitaria y una campaña
demostrativa informativa. El resultado fue que desde 1994 (antes de la campaña) hasta 1999 la
evolución de la máxima demanda del SICN sólo ha crecido en un 10%, mientras que el PBI en ese período lo hizo en 23%.
Fig. I.1.15 Evolución de la Máxima Demanda en el Sistema Interconectado Centro -
Norte (SICN) desde 1993 hasta Diciembre de 1999
EFMAMJJASONDEFMAMJJASONDEFMAMJJASONDEFMAMJJASONDEFMAMJJASONDEFMAMJJASONDEFMAMJJASOND
1610
1660
1710
1760
1810
1860
1910
1960
2010
2060
2110
2160
2210
MW
1983 MW
(DIC 97)
2106 MW
(DIC 98)
2147 MW
(NOV 99)
INCLUYE AUTOPRODUCTORES
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
152
Probablemente uno de los factores que influyó en este menor crecimiento fue la modificación
de hábitos de consumo, en especial la actitud que ahora toma la población en las “horas
punta” (concepto que se introdujo en la campaña) con relación a la utilización de la
iluminación, que constituye el consumo principal en esas horas y a otros artefactos
electrodomésticos. En la actualidad más del 60% de la población conoce lo que son las “horas
punta” y la actitud de “apagar todos los focos innecesariamente encendidos en la casa” se ha
incrementado de 14% en Enero de 1996, a 24 % en Enero de 1997 y a 55% en Diciembre de
1998, según las encuestas que se encargaron a la empresa APOYO. Por otro lado, una
reducción muy importante de la demanda se debió al éxito que se tuvo en la introducción de
más de 1'500,000 Focos Ahorradores en el sector residencial y comercial entre los años 1995
y 1999. Se ha estimado que esta sustitución de focos incandescentes por Focos Ahorradores,
había reducido en más de 80 MW la demanda en 1998. Esta sustitución se realizó sin ningún
tipo de subvención del Estado, y para su desarrollo se aprovechó las propias fuerzas del
mercado.
Por otro lado, el consumo promedio de energía en el sector residencial a nivel nacional se ha
ido reduciendo gradualmente desde 1994, siendo la campaña de ahorro de energía uno de los
factores que influyó en dicha reducción durante los primeros años.
Fig. I.1.16 Evolución del consumo promedio en el Sector Residencial a nivel nacional
(kWh/mes)
FUENTE: ANUARIOS CTE Y DGE/ ELABORACION: PAE
DURANTE LA CAMPAÑA
ANTES DE LA CAMPAÑA
* HASTA NOVIEMBRE DE 1999
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
153
En 1998 se presentó una situación similar a la del SICN en el sistema sur(SIS); la Central de
Machu Picchu sufrió una inundación y salió fuera de servicio el 25% de la oferta de energía
del sur, encargándose al PAE el desarrollo de una campaña intensa en esa región para evitar
racionamientos, objetivo que también se logró, ya que tampoco hubieron, durante 1998,
restricciones de energía en esa zona del país.
5. PROYECCIONES DE ABATIMIENTO DE LA DEMANDA Y
AHORRO DE ENERGÍA PARA EL PERÍODO 2000-2005
El objetivo principal para los próximos años es la continuación del programa para consolidar
y ampliar los ahorros logrados en estos períodos de emergencia, para:
a) Hacer del Perú un país competitivo en una economía cada vez más globalizada.
b) Para conservar nuestros recursos energéticos.
c) Reducir emisiones contaminantes que se genera inevitablemente al producir la energía y de
esta manera proteger el medio ambiente local y global.
El concepto que se utilizará para desarrollar las acciones que correspondan a esta nueva etapa
será el Uso Racional de la Energía. Para lograr ello, la estrategia se seguirá basando en la
formación de una nueva conciencia y cultura de uso racional de todas las formas de energía a
nivel de todos los sectores que conforman la sociedad peruana. Se apuntará a:
Mejorar sus hábitos de consumo de energía,
Inducir a que todos los sectores de consumo sustituyan sus equipos ineficientes por
equipos eficientemente energéticos.
Para lograr estos 2 objetivos se continuará trabajando en actividades simultáneas y
complementarias entre si: campañas publicitarias, campañas educativas y una campaña
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
154
informativa-demostrativa permanente en el tiempo, así como el desarrollo de herramientas
normativas que coadyuven a este propósito.
Las proyecciones de abatimiento de demanda y ahorro de energía que se espera conseguir en
el período 2000 -2005 son:
5.1. EN EL SECTOR RESIDENCIAL Y COMERCIAL
a. Mejora de hábitos de consumo.
La meta será mantener las reducciones del consumo promedio residencial nacional obtenidos
durante estos últimos 4 años y que ésta no sobrepase los 120 kWh/mes por usuario residencial
como promedio nacional hasta el año 2005. Antes de la campaña, el consumo promedio de los
usuarios del sector residencial a nivel nacional era de 136 kWh/mes y a noviembre del año
1999 fue de 110 kWh/mes. Para consolidar los ahorros logrados en el sector residencial en los
años anteriores, se continuará desarrollando la campaña publicitaria, informativa y
principalmente la EDUCATIVA, para lo cual estamos capacitando de manera intensa a
docentes del sector educativo y a través de ellos a los alumnos. La campaña educativa por
cierto, tiene el objetivo de formar una nueva generación de peruanos con buenos hábitos de
consumo de energía.
b. Sustitución de equipos eficientemente energéticos en el sector residencial y comercial
Desde 1995 hasta el año 1999 se han instalado en ambos sectores más de 1’500,000 de Focos
Ahorradores (FA). Estos tienen una vida de 5 años si se les usa 4 horas diarias.
Evidentemente, el resultado principal de la campaña de promoción del uso de focos
ahorradores realizado durante esos años es que ha servido para establecer un mercado de
ventas anuales de 300,000 Focos Ahorradores, con el consiguiente impacto en demanda y
energía. Antes de 1995 en el país sólo se vendian 25, 000 focos ahorradores por año.
En el país se seguirán desarrollando actividades de promoción en los siguientes años para
acelerar la sustitución de más focos incandescentes por ahorradores. La meta es que como
mínimo en el año 2005 en el país hayan instalados el equivalente a 2 Focos Ahorradores por
usuario residencial de Lima y un Foco Ahorrador en el 50% de los usuarios residenciales de
provincias, lo que equivaldría a tener instalados 3’250,000 FA para ese año, para lo cual
deberá dinamizarse durante los próximos años esta sustitución de tal manera que se
incremente de 1’500,000 de FA existentes actualmente a 3’250,000 de FA, que reducirá la
demanda en 115 MW y producirá un ahorro de energía de 126 GWh/año.
Se estima que esta meta puede ser alcanzable sin mucha dificultad debido a 4 factores que
impulsarán la sustitución de focos incandescentes por ahorradores:
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
155
a. La norma técnica de eficiencia energética de Focos Ahorradores que se viene elaborando
actualmente en el INDECOPI a través del Comité de Normalización de Eficiencia
Energética y Uso Racional de Energía. Esta norma estará lista a fines de diciembre de
1999, lo cual generará una mayor confianza en la población para su adquisición.
b. El inicio del programa de Iluminación Eficiente, gerenciado por ENDESA de España, por
encargo del Banco Mundial, y que durante los próximos 3 años invertirá 2 millones de
dólares en Perú para promover la tecnología de iluminación eficiente, entre las que se
encuentran los Focos Ahorradores.
c. La demanda de este producto en el mercado mundial, está haciendo que se fabriquen en
escalas cada vez mayores y el precio se está reduciendo.
C. Reducción del consumo en stand by de los artefactos electrodomésticos
Una medida de ahorro de energía que se está iniciando en el sector residencial el presente año
está dirigido a evitar el consumo de energía en STAND BY. En las mediciones que se han
efectuado se ha podido determinar que el TV+ VHS + equipo de sonido pueden estar
demandando como mínimo 10 W cuando están apagados pero enchufados. Esto por un
promedio de 20 horas diarias en que se encuentran en esta situación, está ocasionando que se
consuma 6 kWh/mes que con la tarifa actual de Lima tendría un impacto en la facturación
mensual de 2 nuevos soles y una cantidad mayor con la tarifa de provincias, lo que ya de por
si podría ser una cifra importante para las familias de los segmentos C y D. El objetivo es que
por lo menos un 20% de los usuarios de Lima desenchufen los artefactos que poseen mientras
no los están utilizando o en su defecto instalen un interruptor. Esto podría generar un ahorro
de 9 GWh al primer año y de 18 GWh en los siguientes años. El PAE en los próximos años
promoverá fuertemente esta medida a nivel de toda la población.
d. Otras medidas
En los años 2000 y 2001 el Comité de Normalización de Eficiencia Energética y Uso
Racional de Energía del INDECOPI, también normalizará el consumo de las refrigeradoras,
termas, duchas eléctricas. Por otro lado se continuará con la promoción de uso de termas a gas
y termas solares (incluso para Lima, por tener 6 meses de sol al año). Su impacto tanto en
demanda como en consumo aún no se han determinado.
5.2. EN EL SECTOR EDIFICIOS
Una de las medidas que se viene promoviendo y que ya cuenta con la opinión favorable del
sector energía es la sustitución de los fluorescentes estándar T12 de 40 W por los
fluorescentes estándar T8 de 36 W, que cuestan igual, duran igual, iluminan igual, pero
consumen 10% menos de energía. Por cada sustitución se ahorran 4.4 W teniendo en
consideración una reducción del 10% de pérdidas como mínimo.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
156
En el país se venden 3 millones de fluorescentes rectos anualmente. Los fluorescentes duran
8,000 horas (3.2 años si se utilizaran 10 horas diarias durante 250 días al año). Si
conservadoramente estimáramos que los fluorescentes sólo durarán 2 años, se deduce que en
el país habrían 6 millones de fluorescentes instalados, y que estos 3 millones sirven en su gran
mayoría para reemplazar los que se queman anualmente. Se estima que en el sector estatal
habrían 1 millón de fluorescentes instalados y en el sector privado 5 millones adicionales.
La meta es sustituir todos los fluorescentes T12 de 40 W por fluorescentes T8 de 36 W hasta
el año 2005. La estrategia será que el Ministerio de Economía y Finanzas emita una directiva
para que las entidades del Estado sólo adquieran fluorescentes estándar T8 de 36 W a partir
del año 2000. Esto tendrá un efecto demostrativo para los propietarios de los edificios
privados, ya que al ver que el Estado compra este tipo de fluorescentes por ser más
económicos también harán lo mismo produciéndose un efecto multiplicador.
El total de fluorescentes rectos a sustituir en los próximos años es de aproximadamente 6
millones. Si esto se sustituyera en un período de 3 años, se conseguirá al término de los 3 años
un ahorro en potencia de 26.4 MW y un ahorro en energía de 66 GWh/año.
Un aspecto importante a considerar, es que con fecha 28 de setiembre de 1999 el gobierno ha
emitido un dispositivo de austeridad (D.S. 034-99-PCM) a nivel de entidades públicas
ordenándoles que reduzcan su consumo en un 15%. Es probable que esta medida se mantenga
el próximo año y en los subsiguientes. El PAE está preparando un Plan de Modernización
Energética del Estado a fin de recomendar acciones a las entidades públicas para que los
ahorros que consigan en esta primera etapa de austeridad, no se pierdan en los próximos años.
Se están realizando las primeras estimaciones de ahorros que se obtendrán, tanto en demanda
como en energía debido a esta medida.
5.3. EN EL SECTOR PRODUCTIVO Y DE SERVICIOS
En este sector el objetivo es formar un mercado de eficiencia energética, ya que el concepto es
que toda mejora en eficiencia se paga con los propios ahorros que se generan, por lo que no le
cuesta a la empresa y tiene la ventaja de reducir sus costos de producción. Para esto es
importante promover y consolidar la formación de empresas (Empresas de Servicios de
Eficiencia Energética-EMSEEs) que trabajen bajo la modalidad de ahorros garantizados y
paralelamente sensibilizar al empresario sobre las ventajas de desarrollar estos programas ya
que no les cuesta nada y al contrario ganan competitividad.
Esta formación del mercado se viene promoviendo a través de la formación de recursos
humanos para las EMSEE’s (Cursos de Post-Grado Universitarios) y sensibilizando a los
empresarios (a través de cursos, seminarios, revistas de eficiencia energética y software como
el Amigo Tarifario, publicación de índices de eficiencia energética de diferentes sectores).
Sabemos que esto producirá ahorros gradualmente. Podría dinamizarse todo este proceso si el
Estado dictara algunas medidas de promoción específicas (p.e. compensar a las distribuidoras
que participen en estos programas).
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
157
Según los resultados del documento “Servicios Energéticos basados en el Mercado” elaborado
por expertos del Banco Interamericano de Desarrollo (BID) para el gobierno del Perú en julio
de 1998, en el cual se realiza un análisis y evaluación del mercado potencial de eficiencia
energética que existiría en el sector industrial, se estima que podrían reducirse el consumo de
energía eléctrica del 5 al 15% (cifras tomadas de las auditorias que hizo CENERGIA desde
1990 hasta 1994 en los sectores productivo y de servicios). Sobre la base de este rango de
ahorro es posible considerar de manera conservadora que se puede alcanzar de manera
gradual un 5% de ahorro como mínimo, lo que equivaldría a 450 GWh/año en el año 2005
(teniendo en cuenta que el sector industrial y de servicios han consumido 9,000 GWh en 1998
y considerando pesimistamente que esta cantidad se mantendrá en el tiempo).
Esta meta se considera alcanzable por que existen factores que favorecerán su logro:
a) El marco de la globalización de la economía que obligará a las empresas a seguir
reduciendo costos si quieren continuar en el mercado.
b) Los estudios de los índices de eficiencia energética por sectores, que se han comenzado a
realizar y que les permitirá conocer cuan ineficientes son con respecto a industrias
similares.
c) En la actualidad las empresas por razones de competitividad, en especial las exportadoras
requieren acceder a las certificaciones de calidad ISO, para poder acceder a los mercados
internacionales. La última versión ISO 14000, plantea como requisito para el otorgamiento
de dicha certificación, la demostración de que la planta utilice racionalmente los recursos
entre ellos los energéticos, lo que sin duda impulsará a las empresas exportadoras a iniciar
programas de eficiencia energética.
d) Los programas de uso racional de la energía se vienen intensificando a nivel mundial y el
hecho de que cada vez haya más asistencia técnica internacional y financiamiento
disponible se debe a que la eficiencia energética es una de las herramientas más efectivas
para hacer frente al efecto invernadero que se estaría agudizando en los últimos años, por
lo que está recibiendo más apoyo de la cooperación técnica internacional.
En resumen las proyecciones de abatimiento de la demanda y ahorro de energía en el sector
eléctrico para los próximos años se presentan de manera resumida en los siguientes cuadros:
CUADRO I.1.2: ESTIMACIÓN DEL ABATIMIENTO DE LA DEMANDA (MW)
2000 -2005
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
158
AÑO 2000 2001 2002 2003 2004 2005
RESIDENCIALY
COMERCIAL
Uso de Focos Ahorradores
13.2 36.3 59.4 82.5 105.6 115.5
EDIFICIOS
Sustitución de Fluorescentes
T-12 por T-8
2.2 13.2 26.4 26.4 26.4 26.4
PRODUCTIVO Y DE
SERVICIOS 3,47 6,94 13,8 27,7 41,6 62,5
CUADRO I.1.3: ESTIMACIÓN DEL AHORRO DE ENERGÍA (GWh)
Y DE MITIGACIÓN DE CO2 DEL 2000 AL 2005
AÑO 2000 2001 2002 2003 2004 2005
SECTOR GWh Ggr GWh Ggr GWh Ggr GWh Ggr GWh Ggr GWh Ggr
RESIDENCIAL
Uso de Focos
Ahorradores 14.45 9.19 39.75 25.28 65.04 41.36 90.34 57.45 115.63 73.54 126.47 80.43
Stand by 9 0.72 18 1.43 18 1.43 18 1.43 18 1.43 18 1.43
EDIFICIOS
Sustitución de
fluorescentes
T-12 por T-8
5.5 0.44 33 2.62 66 5.25 66 5.25 66 5.25 66 5.25
PRODUCTIVO
Y DE
SERVICIOS
25 3.97 50 7.95 100 15.9 200 31.80 300 47.7 450 71.55
TOTAL 53.95 14.32 140.75 37.28 249.04 63.94 374.34 95.93 499.63 127.92 660.47 158.66
1 Ggr = 1 Gigagramo = 1,000 toneladas 1 kWh produce 0.795 Kg de CO2
Nota: Para el caso de Focos Ahorradores se considera que las emisiones de CO2 es equivalente al 80% del total del ahorro de energía, ya que
el 20% restante son ahorros conseguidos durante el día, periodo en que nomalmente en el Perú no operan las centrales termoeléctricas. Bajo este mismo criterio se considera solamente: 10% de ahorro en emisiones de CO2 con las medidas “Stand By”, 10% por sustitución de
fluorescentes T-12 por T-8 y 20% por los ahorros que se conseguirán en los sectores productivo y de servicios.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
159
CAPÍTULO I.2:
FUNDAMENTOS BÁSICOS DE ELECTRICIDAD
1. GENERALIDADES DE LA ENERGÍA
1.1 LA ENERGÍA
¿Qué es la energía?
Se puede concebir como el nivel de capacidad que tiene un cuerpo en un determinado
instante para realizar un trabajo.
Una ley fundamental enuncia que “la energía no se crea ni se destruye, únicamente se
transforma”. Esto significa que, la suma de todas las energías sobre una determinada
frontera siempre permanece constante.
La energía es el alimento de toda actividad humana: mueve nuestros cuerpos e ilumina
nuestras casas, desplaza nuestros vehículos, nos proporciona fuerza motriz y calor, etc.
1.2 ENERGÍA PRIMARIA
Son las que proceden de fuentes naturales que pueden ser utilizadas directamente, como es
el caso del carbón, petróleo bruto, gas natural, energía hidráulica, solar, nuclear, etc.
1.3 ENERGÍA SECUNDARIA
Son las obtenidas a partir de la transformación de fuentes naturales: gasolina, electricidad,
briquetas de carbón, etc.
1.4 ENERGÍA UTIL
Es la energía de uso final es decir, la que se utiliza como la luz, el calor, la energía química
en una batería, etc.
2. CONCEPTOS GENERALES DE ELECTRICIDAD
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
160
2.1. LA ENERGÍA ELÉCTRICA
¿Qué es la corriente eléctrica?
Es el fenómeno por el cual se produce el movimiento de cargas eléctricas en un
conductor.
Intensidad de corriente (I), es el valor de la cantidad de electricidad (número de
electrones) que pasa por el conductor. La unidad de Intensidad de Corriente es el
Amperio que se define como el paso a través de la sección transversal de un
conductor de 6.2 x 1018
electrones en un segundo.
4. 2.2. TIPOS DE CORRIENTE
- Corriente continua (DC): Fluye siempre en la misma dirección y con la misma
intensidad.
- Corriente alterna (AC): Fluye primero en una dirección y luego en sentido inverso
haciendo lo que se conoce como un ciclo de corriente alterna. La velocidad con que se
repite en ciclo se denomina frecuencia.
¿Cómo se puede valorar la corriente alterna si su sentido y magnitud cambian
constantemente?
Se mide por su valor eficaz, es decir por el valor que corresponde al de la corriente
continua que realiza el mismo trabajo, y es aproximadamente igual a 0.7 de la amplitud,
es decir del valor máximo.
maxmax 707.02/ IIII rmseficaz
Los valores eficaces son los que se emplean en la práctica y los que indican
generalmente los instrumentos de medición.
5.
6. 2.3 TENSION ELÉCTRICA
Es la fuerza que impulsa a los electrones en un conductor. A la Tensión Eléctrica
también se le conoce como diferencia de potencial. La unidad de la tensión eléctrica es
el VOLTIO que representa la entrega de la energía de un Joule para producir un flujo
de 6.2x1018
electrones/segundo entre 2 puntos.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
161
7. 2.4 RESISTENCIA ELÉCTRICA
La resistencia ( R ) de un conductor depende no sólo de las propiedades del material ()
sino también de otros parámetros:
- Las dimensiones del conductor, es decir de la sección ( S ) y la longitud ( l ).
- La temperatura ( T ), a mayor T, mayor R.
R = l / S
La unidad de la Resistencia Eléctrica es el Ohmio.
8.
9. 2.5 LEY DE OHM
La corriente en una parte del circuito es directamente proporcional a la tensión en ella e
inversamente proporcional a su resistencia.
I = V / R
10.
Donde: I : Intensidad eléctrica
V: Tensión eléctrica
R: Resistencia eléctrica
11. 2.6 INDUCTANCIA ELÉCTRICA
Un conductor recto tiene una inductancia relativamente pequeña, pero si el mismo se
enrolla en forma de bobina su inductancia aumenta y al mismo tiempo aumenta la
resistencia.
Por otra parte, si aumenta la frecuencia (f) de la corriente, la resistencia inductiva también
aumenta.
La unidad de la Inductancia Eléctrica (L) es el Henrio (H).
Resistencia inductiva (en Ohmios):
XL = 2 f L
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
162
12. 2.7 CAPACITANCIA ELÉCTRICA
Un condensador o capacitancia consta de dos láminas conductoras separadas por un
material dieléctrico.
El condensador de modo semejante a la resistencia y a la bobina, ofrece resistencia a la
corriente alterna, pero diferente a las corrientes de distintas frecuencias (f).
La unidad de la capacitancia eléctrica (C) es el Faradio (F).
Resistencia capacitiva (en Ohmios):
XC = 1 / 2 f C
13. 2.8 IMPEDANCIA ELECTRICA
Z = ( R2 + X
2 )
1/2
14.
15. 2.9 POTENCIA ACTIVA ( P )
Es la potencia útil, capaz de producir calor o trabajo, la que se aprovecha en forma efectiva
en un aparato calefactor, en un motor, etc.
De manera general: P = V . I
En corriente alterna las ecuaciones que se aplican son:
Sistema monofásico: P = V.I. cos
Sistema trifásico: cos3 IVP
Donde es el ángulo de desfasaje entre la tensión y la corriente.
16.
17. 2.10 POTENCIA REACTIVA ( Q )
Es la potencia necesaria para establecer el campo magnético en las máquinas eléctricas
construidas con elementos inductivos.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
163
Las ecuaciones que se aplican son:
Sistema monofásico: Q = V.I. sen
Sistema trifásico: senIVQ 3
18.
19. 2.11 POTENCIA APARENTE ( S )
Es la suma fasorial de las potencias activa y reactiva.
S = ( P2 + Q
2 )
1/2
Sistema monofásico: S = V.I
Sistema trifásico: IVS 3
2.12. ELEMENTOS LINEALES
En los circuitos eléctricos se tienen los siguientes elementos:
Elementos resistivos
Resistivo : R en Ohmios
Elementos reactivos
Capacitivo : XC = 1 / 2 f C en Ohmios
Inductivo : XL = 2 f L en Ohmios
f - frecuencia
C - capacitancia
L - inductancia
Tipos y Fuentes de Corriente
Continua.- Pilas convencionales, baterías, generadores de corriente continua.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
164
Alterna.- Generadores síncronos de las centrales eléctricas, las mismas que pueden ser
hidráulicas, térmicas, eólicas,
2.13 PRINCIPALES RELACIONES :
Potencia en C.C.: P = I.V
Potencia en C.A.:
- Monofásico: P = I.V. cos
- Trifásico:
Pot. Activa P = 1.73 I.V. cos
Pot. Reactiva Q = 1.73 I.V. sen
Pot. Aparente: )( 22 QPS
S
Q
S (VA)
P (WATT)
Q (VAr)
P
Fig. I.2.1
2.14 CONSUMOS LINEALES
Los consumos lineales se clasifican como:
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
165
Resistivos : planchas, termas, lámparas incandescentes
Fig. I.2.2
Inductivos : motores, lámparas fluorescentes,
Fig. I.2.3
+
-
I
R
V,I
V
t
I
x
V,I
V
t
Período
Vm
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
166
Capacitivos : condensadores.
Fig. I.2.4
2.15 CONSUMOS NO LINEALES
- Equipos basados en dispositivos de la electrónica de potencia, como diodos,
transistores, tiristores.
- Computadoras
- Sistemas de control
- Artefactos electrodomésticos
- Sistemas de regulación
- Generan armónicos en la red eléctrica.
2.16 EFECTOS DE LA DISTORSIÓN ARMÓNICA
- En transformadores: sobre calentamiento si el factor K es elevado (superior a 2.7) y la carga es superior a 90% de la nominal.
- En condensadores: se queman si la corriente que circula por el banco es superior a
1.3 veces su corriente nominal.
RV
C
I
V V
t
V,I
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
167
- En motores: sobre calentamiento y vibraciones excesivas si la distorsión de tensión
es superior al 5%.
- En cables: sobre calentamiento si el valor eficaz de la corriente es superior al que
soporta el cable.
- En equipos de cómputo: pérdida de datos y daños en componentes electrónicos
debido a que la tensión máxima es superior al nominal.
Fig. I.2.5
2.17 DESCOMPOSICIÓN DE ONDAS
Ondas reales originales
Corriente en la Carga
I
Tensión en la
Carga
Vcarga
RV
X
I Vred
Tensión de la red
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
168
Onda fundamental
Armónicos 3 y 5
Fundamental + armónicos
Fig. I.2.6
2.18 FLICKER
El Flicker es una sensación fisiológica producidas por perturbaciones eléctricas. Las
variaciones de la intensidad en la iluminación producen una sensación molesta a la vista
(excepto cuando se busca ese efecto, por ejemplo en las discotecas).
El Flicker es producido por las fluctuaciones de voltaje: las variaciones cíclicas del valor
eficaz, los cambios aleatorios, y los cambios de voltaje momentáneos.
Los cambios bruscos de carga (Flicker) ocasionado por algunos aparatos con perfil de
carga interrumpido pueden ser en forma más o menos regular y van a variar la tensión de
la red de un nivel a otro. Estas variaciones pueden ser también aleatorias y muy rápidas
I 3 m
I 5 m
I 1 m
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
169
(por ejemplo, equipos que usan el efecto de arco - máquinas de soldar, hornos de arco).
La regulación de tensión que repone el nivel de tensión, luego de un intervalo de tiempo
no elimina el Flicker.
El daño causado por el efecto Flicker (oscilaciones) es deteriorar la calidad de la tensión,
sin embargo la mayoría de equipos que tienen una constante de tiempo propia
considerable no perciben este cambio. El efecto Flicker tiene una mayor influencia en la
iluminación, cuando la variación del flujo luminoso de las lámparas causa cansancio en la
visión.
Las continuas variaciones del flujo luminoso, que crean una considerable molestia, no
dependen de la forma de la variación (senoidal, rectangular, etc.) sino de la frecuencia de
repetición de las variaciones; por lo tanto se pueden sacar conclusiones de un análisis a
las variaciones senoidales.
Las variaciones en la iluminación con frecuencias de 100 Hz en lámparas alimentadas
con corrientes de frecuencia 50 Hz no son notados por el ojo. Si la frecuencia de los
cambios de luminancia disminuyen, entonces los ojos se hacen más sensibles, tan pronto
su amplitud supere un determinado pico, este pico disminuye y pasa por un mínimo a una
frecuencia cercana a los 20 Hz y luego nuevamente aumenta.
El mínimo corresponde a una tensión senoidal con frecuencia 10 Hz y una amplitud
relativa igual a 0.3 %. De esta forma se pueden construir curvas de datos iguales,
similares a una curva punta.
El daño ocasionado por el Flicker se mide con ayuda de un instrumento llamado Flicker
meter, que es un filtro lineal cuya curva de daño es una curva del conjunto lámpara - ojo.
A la salida de este filtro la tensión se mide con un voltímetro que consta de un contador
que envía impulsos cuya cantidad en un minuto se imprime en una cinta de papel; de tal
manera que la magnitud A se mide en porcentaje al cuadrado por minuto.
Nota: Aunque se logra, como se menciona, detectar Flicker de tensión de magnitud 0.3%,
el daño se detecta sólo cuando el Flicker alcanza magnitudes considerablemente mayores.
En caso general se asume que la punta del daño alcanza 1-1.5 % para fenómenos lentos y
prolongados y magnitudes mayores para fenómenos rápidos.
Para la medición de Flickers y su predicción se requiere de indicadores estadísticos de
Flicker, como el índice Pst que es la probabilidad a corto plazo (Probability Short Term)
calculada sobre un intervalo de 10 minutos y el Plt que es la probabilidad a largo plazo
calculado cada 2 horas , y deducidas de 12 valores sucesivos de Pst., ya que las fuentes de
Flicker pueden presentar ciclos de operación cortos o largos.
El índice Pst es obtenido a partir de la densidad de probabilidad de los valores de
sensación instantánea del Flicker (Cumulative Probability Function), es decir la
clasificación final y la evaluación estadística del medidor de Flicker da el Pst
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
170
El Pst se trata de una cifra sin dimensión. El valor de referencia Pst = 1 corresponde al
umbral de irritabilidad (límite de Flicker a no sobrepasar a fin de no molestar a la
persona). La curva Pst = 1 ha sido establecido para las variaciones rectangulares de la
tensión, normalmente el caso más severo.
Existen gráficas de corrección para formas de onda no rectangulares. Cuando las
variaciones de voltaje no tienen una forma de onda característica (como por ejemplo los
hornos de arco), no es posible utilizar métodos simples, para ello es necesario efectuar
una evaluación estadística, para lo cual se debe tener en cuenta las siguientes
consideraciones generales:
- La duración de la campaña de mediciones en sitios industriales debe durar como
mínimo una semana.
- El lugar de la medición debe realizarse en el punto de acoplamiento.
- Se debe calcular el Coeficiente de Propagación de Flicker hacia las redes adyacentes,
especialmente de Baja Tensión (más de un medidor de Flicker).
- Si la fuente de perturbación es trifásica se necesitan mediciones trifásicas.
Para determinar una fuente de Flicker se debe seguir el siguiente procedimiento:
- Medición comparativa con perturbador activo e inactivo
Psti = (Pst activo)3 – (Pst inactivo)
31/3
Nota: Cuando las características de la red cambian con el tiempo esta medición puede tomar
bastante tiempo.
- Correlación entre las diferentes variables eléctricas
- Medición directa con el método diferencial
3. UNIDADES DE MEDIDA DE ILUMINACIÓN
3.1. FLUJO LUMINOSO
Es la magnitud característica de un flujo energético que expresa su capacidad para producir
una sensación luminosa, medida según los valores de la curva de eficiencia luminosa
espectral del ojo humano patrón.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
171
Por consiguiente, el flujo luminoso (F) de una fuente que radia una cantidad de energía de
una longitud de onda por unidad de tiempo, es dicha cantidad (Fel), afectada por el valor de
eficacia Vl, correspondiente a esa longitud de onda, es decir:
F = Fel.Vl
La unidad del flujo luminoso es el lumen (lm).
3.2. RENDIMIENTO LUMINOSO
Para una fuente luminosa destinada a la iluminación, es decir a la percepción visual, su
rendimiento luminoso K, será la relación entre el flujo luminoso y la potencia consumida
para producir ese flujo, y se expresara en lúmenes/watt (lm/W).
Así por ejemplo, una lámpara estándar de incandescencia de 100 W a 220 V, con flujo
luminoso de 1,400 lm posee un rendimiento luminoso de 14 lm/W, es decir:
K = F/P
F= Flujo luminoso (lm)
P= Potencia de la fuente de luz (W)
Comprobamos así que el rendimiento luminoso de las lámparas incandescentes es muy
pequeño. Cuando la tensión de red es más baja que la nominal, la emisión se desplaza
hacia las ondas largas del espectro (rojo) y el rendimiento todavía es menor.
El rendimiento de los tubos fluorescentes es muy superior y mucho mas aún el de las
lámparas de descarga en vapor de sodio de baja presión, debido a que su emisión se realiza
en la zona central del espectro visible.
3.3 ILUMINANCIA
Es muy importante conocer el flujo luminoso que recibe la superficie a iluminar. Se conoce
como iluminancia E en un punto de una superficie, a la cantidad de flujo luminoso F que
incide sobre una superficie S infinitamente pequeña que contiene a dicho punto, es decir:
E = F/S
La unidad de la iluminancia es el lux (lx), que se define como la iluminancia de una
superficie de un metro cuadrado, que recibe un flujo luminoso de un lumen uniformemente
repartido,
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
172
1 lx = 1 lm / 1 m2
3.4 INTENSIDAD LUMINOSA
Se conoce como intensidad luminosa (l), a la cantidad de flujo luminoso F emitido por una
fuente puntual o, por unidad de ángulo sólido , es decir:
1 cd = 1 lm
1 sr
La unidad de intensidad luminosa es la candela (cd).
3.5 COLOR
El termino "color" describe un desequilibrio de la energía radiante visible que llega al ojo,
de las fuentes de luz o de los objetos, es decir con desviaciones respecto a un valor medio
en cada una de las longitudes de onda, lo que da lugar a innumerables combinaciones.
3.6 TEMPERATURA DE COLOR
Todos los objetos emiten luz si se calientan a una temperatura suficientemente elevada
cambiando su color con el valor de esta. Según la ley del cuerpo negro, la distribución de
la radiación térmica es función para definir la temperatura y del valor límite de aquella.
Esta ley puede emplearse para la temperatura de color relativa de cualquier objeto calentado.
La temperatura de color, aplicada a las fuentes de luz, se refiere a la temperatura absoluta
en grados kelvin, de un cuerpo negro o radiador completo, que iguale a la de la fuente en
cuestión. Un cuerpo es negro a la temperatura normal, rojo a 800º K, amarillo a 3,000º K,
blanco a 5,000º K, azul claro a 8,000 ºK y azul brillante a 60,000ºK. Las lámparas de
alumbrado de tungsteno de alumbrado general tienen, por ejemplo, una temperatura de
color de 2,600 a 3,000º K.
Técnicamente, la "temperatura de color" puede emplearse solamente para fuentes
incandescentes, representando tanto el grado de blancura como la composición espectral de
la fuente. Sin embargo, se emplea el término "temperatura de color aparente o
correlacionada" para traducir la blancura de lámparas fluorescentes, lámparas de vapor de
mercurio, etc.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
173
3.7 ÍNDICE DE RENDIMIENTO EN COLOR.
La interpretación de la capacidad del rendimiento en color de las fuentes luminosas no ha
sido suficientemente establecida y aceptada. Sin embargo existe desde 1,965 un standard,
el índice de rendimiento en color, adoptado como partida para el establecimiento de unas
bases uniformes para determinar la capacidad de rendimiento en color de las fuentes
luminosas.
El índice de rendimiento en color es un concepto que contiene dos dimensiones. En la
primera se establece la temperatura de color aparente o real de la fuente, (gráfico de
cromaticidad CIE). Si su temperatura de color es como máximo 5,000ºK, se toma como
fuente de referencia el radiador de Planck de temperatura de color más próxima; si es
superior a 5,000º K, se toma la fuente de luz de día reconstituida más próxima.
Por otra parte, es necesario comparar la fuente luminosa con la fuente de referencia,
traduciéndola en un factor que representa en porcentaje, cuan estrechamente iguala, en
capacidad de rendimiento, la primera a la segunda. Para ello se emplea una escala
arbitraria, en que la fuente de referencia vale 100 y la lámpara fluorescente blanca cálida,
50.
Hay que señalar como ventaja del índice de rendimiento en color, el que da una
información suficientemente significativa sobre la capacidad de rendimiento en color de
las lámparas con vistas a su empleo, aunque presente ciertas limitaciones.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
174
CAPÍTULO I.3:
MEDICIÓN E INSTRUMENTACIÓN
1. MEDICIONES ELÉCTRICAS
1.1. OBJETIVOS
- Decidir el nivel de instrumentación requerido para efectuar diagnósticos energéticos.
- Identificar algunos de los instrumentos más conocidos y empleados en diagnósticos
energéticos.
- Determinar la función, ubicación y mantenimiento de instrumentos.
- Valorar la importancia de la verificación y calibración de los instrumentos de
medición, así como las consecuencias de descuidar estos aspectos.
- Determinar el mejor orden de las mediciones y seleccionar la información que es útil y
válida.
- Seleccionar la instrumentación para cada aplicación.
1.2. CONCEPTOS GENERALES
A. Medición
Proceso de reconocimiento que se reduce a la comparación, mediante un experimento
físico, de una magnitud dada con un valor de esta magnitud elegida como unidad.
En un diagnóstico energético, la medición es un concepto que permite, mediante la
instrumentación adecuada, experiencia, buen criterio, programa, análisis, coordinación y
planeación apropiada, dar seguimiento al flujo y distribución de energía en su proceso de
transformación y establecer un balance en cada etapa y en cualquier tiempo.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
175
B. Teoría de errores
a. Error
a) La diferencia entre un valor que se obtiene de una medición y el "valor verdadero". En
la mayoría de los casos dicho valor verdadero es desconocido.
b) La incertidumbre estimada de un valor medido o calculado (desviación tipo standard,
desviación promedio, etc.).
La especificación completa del fabricante permite evaluar la incertidumbre total de una
medición o de la calibración de un instrumento.
b. Discrepancia
Diferencia que existe entre 2 valores correspondientes a 2 mediciones distintas, a dos
resultados diferentes, de un mismo valor medido. La "respetabilidad" es la diferencia de
una medición a otra, o al promedio de una serie de valores cuando la medición es
reproducida.
c. Exactitud
Proximidad de una medición al "valor real". Es la desviación del valor medido al valor de
un patrón de referencia tomado como verdadero.
Las especificaciones son una descripción escrita de las potencialidades de un
instrumento, señalan objetiva y cuantitativamente lo que el instrumento puede o no hacer.
Las especificaciones de un instrumento se componen de tres partes básicas:
Entrada o Salida : declarada como ± (% de entrada o salida + número de
dígitos).
Intervalo de medición : en %.
Nivel o Umbral de Ruido : declarado en las unidades de medición.
C. Errores de medición
Sistemáticos: invariablemente, tienen la misma magnitud y signo, bajo las mismas
condiciones.
Teóricos: de conocimiento o imperfecciones en el método de medida.
Instrumentales: propios de la construcción del instrumento o ajuste de los mismos.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
176
Ambientales : variación de temperatura, presión o humedad atmosférica, etc.
Personales: pueden deberse a limitaciones físicas del observador, estado anímico,
fenómeno de paralelaje.
Residuales: se presenta sorpresivamente y a veces se desconoce la causa, y magnitud.
Imposible de reducirlos y peor aún de eliminarlos.
Tratamiento de Datos
a) Error Absoluto d = Vmedido - Vreal esperado
b) Error relativo E = d / Vreal
c) Error Porcentual E(%) = E x 100
D. Precisión en instrumentos industriales
La exactitud de las mediciones dependen en gran parte de una buena aproximación que
den los instrumentos; sin embargo, estos tienen sus propios consumos que hacen que las
mediciones difieran de los valores reales, para determinar el grado de error inherente al
propio instrumento se define un parámetro denominado Clase de Precisión. En principio
el instrumento debe contar con un rango de medición apropiado.
La desviación del instrumento deberá darse en el manual de instrucciones, es con
frecuencia expresada en % de lectura máxima.
1.3. MÉTODOS DE MEDICIÓN
Es recomendable que las mediciones deban ser directas y cuando no sea posible o por
conveniencia sea indirecta.
Diferentes métodos de medición pueden ser usados dependiendo de las características y
propiedades del proceso que existan para ser medidas, y del tiempo disponible para
ejecutar las mediciones.
Los métodos de medición pueden clasificarse en:
- Método Estacionario: Cuando existen instrumentos de medición permanentes o fijos.
- Método Manual: Cuando se utilizan instrumentos de medición manuales portátiles.
Independientemente de determinar el número y localización de instrumentos de instalación
permanente, deben seleccionarse los instrumentos portátiles que puedan requerirse para el
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
177
diagnóstico. En muchos casos, uno sólo de éstos puede económicamente sustituir a varios
instrumentos en diferentes localizaciones y puntos de medición de la misma índole.
Algunas sugerencias para seleccionar equipos o sistemas de medición:
a. Determinar las mediciones físicas más apropiadas que serán base para calcular cada flujo
de energía.
b. Seleccionar tentativamente los tipos de elementos primarios requeridos.
c. Decidir cómo se van a usar los resultados de cada evaluación de flujo de energía, como
base del análisis, de la interpretación y de apoyos para el diagnóstico.
d. Determinar cómo se presentarán y que acciones dependerán de su análisis.
2. TIPOS DE INSTRUMENTOS
Entre los instrumentos de medición se distinguen los elementos de entrada y los de salida;
a los que se deben de adaptar los elementos de campo directamente o a través de las
oportunas conversiones. Estos elementos pueden ser de:
- Entrada analógica - Salida analógica
- Entrada digital - Salida digital
Cada una de las anteriores pueden ser, según la aplicación, de diferente construcción y
cometido; entre los más comunes se pueden mencionar los siguientes:
A. ELEMENTOS DE ENTRADA
Digitales Analógicas
Termostatos
Presostatos
Alarmas
Niveles
Contactos de acción
Sondas de temperatura
Sondas de caudal
Sondas de humedad
Conversión de medidas
(neumáticas – eléctricas)
B. ELEMENTOS DE SALIDA
Digitales Analógicas
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
178
Activación de relés
Activación de contactores
Activación de señalizadores
Disparo de dispositivos de seguridad
Salidas de amperaje
Salidas de voltaje
Regulación de válvulas
Regulación de compuertas
2.1. PROCESO DE MEDICIÓN
X Y
X – Variable que se mide.
Y – Señal acondicionada para procesar por el mecanismo de medición.
- Desplazamiento angular, indica el resultado.
2.2. INSTRUMENTOS ANALÓGICOS
- Sensan en forma continua la señal eléctrica.
- La continuidad permite respuesta análoga.
- La magnitud de salida representa el tamaño de la variable medida.
- Dispositivo de lectura - escala numérica.
- En la industria, en C.A. es importante:
a. Frecuencia.
b. Tipo de medición requerida: valores eficaz, media o pico de la señal a medir.
2.3. MEDICIÓN ANALÓGICA DIRECTA
Mecanismo de
medición
Dispositivo de
lectura
Circuito de
medición
Error
Zona Muerta
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
179
Fig. I.3.1
2.4. MEDIDORES DIGITALES
Muestran la señal eléctrica a intervalos regulares de tiempo.
El valor que está siendo muestreado se convierte en un número.
Fig. I.3.2
a. Aplicaciones
- En celdas de medición con representación alfanumérica.
- Como una etapa inicial en un proceso de expansión y modernización.
- Como instrumentos registradores.
b. Ventajas
- Reducción en el error de la lectura humana.
- Mayor rapidez en la lectura del valor medido.
- No hay errores de paralelaje.
10.5 kV
185.7 A
V
S
T
R
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
180
c. Desventajas
- Alto costo inicial, sensibles a variaciones de V y T.
d. Principio de funcionamiento
- Requieren un tratamiento previo de la señal.
- Conversión de señal analógica a señal digital.
Convertidor A/D
Entrada Señal
analógica digital
2.5. CONVERSOR
Contador
Pantalla
Convertidor
analógico/
digital
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
181
Fig. I.3.3
2.6. REGISTRADORES
- Instrumentos de medición usados para un período de medición. Almacena datos.
- Tipos: analógicos o digitales.
- Almacenamiento: cintas gráficas, dispositivos de memoria para PC.
- Variables que se miden: eléctricas y no eléctricas (Tº, Presión, etc).
- Uso industrial
- Analizador de redes eléctricas.
3. PARÁMETROS ELÉCTRICOS E INSTRUMENTOS
Los principales parámetros eléctricos a medir en una auditoría energética son:
Muestreo y
Retención
Convertidor
Analógico/Digital
Conversor Análogo Digital
Entrada
Analógica
Retención
Muestreo
Salida
Digital
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
182
3.1. AMPERAJE
Es la medida del flujo de electrones por un conductor.
Se mide utilizando un AMPERÍMETRO, en diversos tipos siendo los más comunes:
A. Amperímetro de Gancho o Pinza.
Es un instrumento portátil que da una lectura directa de la corriente a través del conductor.
B. Registrador de corriente.
De operación similar, pero suministra una presentación gráfica del amperaje en el circuito
a través de un período de tiempo.
Ambos amperímetros consisten en un transductor de corriente (el toroide) que es conectado
al panel del dispositivo. El transductor se selecciona de acuerdo a la magnitud de la
corriente a ser medida. Para sistemas polifásicos es útil medir amperaje en todas las fases
para determinar los desbalances.
¡Atención!: Hay que tener cuidado de no utilizar el transductor de corriente en un
conductor eléctrico desnudo. Use guantes de protección.
3.2. VOLTAJE
Es la medida de la fuerza que mueve a los electrones y es generalmente constante.
Se mide utilizando el VOLTÍMETRO.
El instrumento se utiliza conectando los terminales al conductor (no al aislamiento) bajo
estudio. El voltaje se lee directamente de la escala adecuada del instrumento.
¡Atención!: Hay que tener cuidado con los conductores desnudos para evitar un choque
eléctrico. Use guantes de protección.
3.3. POTENCIA
Para determinar la potencia consumida por el circuito se utiliza el VATÍMETRO. La
potencia también puede determinarse indirectamente, dado que la potencia aparente es
igual al producto de la corriente por el voltaje y por la raíz cuadrada del número de fases en
el sistema.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
183
Es común el VATÍMETRO DE PINZAS el cual consiste en tres terminales con pinzas
(uno de los cuales viene marcado), un transductor de corriente y un panel.
También hay disponibles REGISTRADORES GRÁFICOS DE POTENCIA.
3.4. FACTOR DE POTENCIA
Es el cociente entre los valores de potencia activa y potencia aparente.
Se mide mediante el COSFÍMETRO, el cual físicamente es similar al vatímetro.
El instrumento se halla incorrectamente conectado, si la aguja deflecta en la dirección
equivocada cuando es activada; si esto sucede, intercambie los terminales.
Cuando se presenta un gran desbalance en la corriente de fase, deben hacerse mediciones
adicionales del factor de potencia para cada fase; el factor de potencia en el sistema
trifásico se computa tomando el promedio de éste en relación con la corriente de fase:
fp = (A1 * fp1) + (A2 * fp2) + (A3 * fp3)
A1 + A2 + A3
donde:
A = amperaje de cada fase
fp = factor de potencia de cada fase
3.5. MEDICIÓN DE ENERGÍA
El consumo de energía eléctrica es sumamente importante determinarlo porque esta
relación directa a la factura eléctrica é incide en los costos de operación de la planta.
La cuantificación normalmente se efectúa mediante los respectivos contadores de energía.
3.6. CONTADOR DE ENERGÍA
Un contador de energía en realidad es un vatímetro giratorio provisto de un dispositivo
integrador - numerador, dada la gran importancia y la extensión mundial de las redes de
corriente alterna, la mayor parte de los medidores que se usan son basados en el sistema de
motor de inducción, los cuales pueden adaptarse para medir por separado varios tipos de
energía que influye en la tarifa.
Características de un contador
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
184
Fig. I.3.4
(l) Bobina voltimétrica; (2) Circuito magnético; (3) Flujo voltimétrico;
(4) Flujo amperimétrico; (5) Disco; (6) Bobina amperimétrica; (7) Circuito magnético.
Las partes principales de un contador de energía son :
- El sistema motriz.
- El sistema de frenado, los cuales actúan sobre el mismo rotor.
- El numerador integrador, que traduce las revoluciones efectuadas por el rotor durante un
determinado tiempo, a la cantidad de unidades de energía consumida.
3.7. ANALIZADORES DE REDES ELÉCTRICAS DEL TIPO ELECTRÓNICO
Son los equipos más adecuados para la ejecución de las Auditorías Energéticas y las
medición de energía activa y reactiva, así como de las diversas variables eléctricas.
Constituyen una herramienta para obtener estos datos, y cuentan con el complemento
informatizado, mediante un software apropiado y permiten un análisis del estado operativo
de los equipos, poniendo en relieve la deficiencia en el consumo de energía.
U
1
2
34
5
6
7
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
185
La instalación se puede hacer:
- En paralelo con los equipos de medida.
- En los secundarios (menos de 600 V de los transformadores de potencia).
El objetivo principal de estas mediciones será conocer en algunos casos la demanda total y
el diagrama de carga de la planta; en otros, conocer el consumo por áreas específicas
relacionadas con la producción y se determinará las condiciones operativas de los
principales equipos.
3.8. TRANSFORMADORES DE MEDICIÓN
Se denominan transformadores de medición a los utilizados para la alimentación de los
circuitos de medición, los transformadores de medición sirven para las siguientes
finalidades :
1) Permiten medir altas tensiones y altas intensidades con instrumentos de bajo alcance.
2) Separan eléctricamente el circuito controlado de los equipos de medición.
3) Hacen posible la ubicación de los equipos a distancia de los circuitos controlados, esto
evita la influencia de campos magnéticos externos en el funcionamiento de los equipos,
aumenta la seguridad del personal y permite la ubicación de los instrumentos en lugares
convenientes.
Los transformadores de medición se dividen en dos :
- Transformadores de intensidad.
- Transformadores de tensión.
En el Cuadro siguiente se presenta una relación de los principales parámetros, equipos y
accesorios utilizados.
MEDICIONES ELÉCTRICAS
20. PARÁMETROS 21. UNIDADES EQUIPOS ACCESORIOS
OPCIONALES
TENSIÓN V, kV, MV Voltímetro Transformadores de
tensión PTs
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
186
INTENSIDAD A, kA, MA Amperímetro Transformadores de
corriente CTs
RESISTENCIA Ohmio, Mohm Ohmímetro, Megóhmetro
FACTOR DE POTENCIA Cosfímetros CTs y PTs.
POTENCIA ACTIVA W, kW, MW Vatímetros CTs y PTs.
POTENCIA REACTIVA VAR, Kvar, MVAR Varómetros CTs y PTs.
ENERGÍA ACTIVA Wh, KWh, MWh Contador de E.A. CTs y PTs.
ENERGÍA REACTIVA VARh, kVARh Contador del E.R. CTs y PTs.
FRECUENCIA Hz, C/seg Frecuencímentos PTs
MÁXIMA DEMANDA KW, MW Maxímetros CTs y PTs.
ILUMINACIÓN Lux Luxómetros
3.9. VOLTÍMETRO ELECTRÓNICO
Fig. I.3.5
3.10. AMPERÍMETRO DE CD DE “SHUNT”
v
Elementos móviles
del medidor
Batería
Circuito
Electrónico
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
187
Fig. I.3.6
3.11. AMPERÍMETRO DE CA (CT)
Fig. I.3.7
Elementos móviles del
Medidor
Resistencia ó "Shunt"
paralela
Carga
Medidor indicador
Resistencia
de Shunt
Transformador de
Corriente (CT)
Circuito
Rectificador
carga
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
188
3.12. MEDICIÓN CON DISPOSITIVOS AUXILIARES
- Uso de transformador de corriente: Reducir la alta corriente a valores admisibles para
el instrumento.
- Uso de transformador de tensión: Idem para el voltaje
Fig. I.3.8
3.13. CONFIGURACIÓN DEL MEDIDOR DE ENERGÍA
1 2 3 4 5 6 7 8
R
S
T
Ir It
Medidor trif ásico de Energía
Bobina de tensión
Bobina de corriente
W
S
T
R
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
189
Fig. I.3.9
3.14. APLICACIONES DEL TRANSFORMADOR Y CONEXIONES AL MEDIDOR
Fig. I.3.10
3.15. CONEXIÓN DE ANALIZADOR DE ENERGÍA Y MÁXIMA DEMANDA EN
PARALELO CON CONTADOR DE ENERGÍA DE EMPRESA ELÉCTRICA
(MEDICIÓN EN MEDIA Y ALTA TENSIÓN)
2
4
7
1
2
3
4
Transformador de
corriente
Transformador
de potencia
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
190
Fig. I.3.11
T.T. : Transformador de tensión
T.C. : Transformador de corriente P.C. : Pinza y transductor de corriente del analizador de potencia y energía
CAPÍTULO I.4:
PARÁMETROS ELÉCTRICOS DE CONTROL
1. DEMANDA DE POTENCIA
Es la potencia consumida por la planta en un período de tiempo el cual varía de acuerdo a
las características específicas de la planta.
a. ¿ Porqué se registra la demanda?
- Para conocer el impacto de su costo sobre los costos de producción.
- Evaluar la expansión de los sistemas industriales .
- Para efectos de programar producción y su efectos en la tarifa.
- Identificar cargas que inciden en la demanda pico.
- Determinar las horas de menor demanda.
b. ¿ Porqué se controla la demanda?
Para optimizar los gastos de producción.
S
T
R
T.T
T.T
T.C.
T.C.
P.C.
P.C.
CONTADOR DE ENERGÍA
ELÉCTRICA
ANALIZADOR DE POTENCIA
Y ENERGÍA
INGRESO DE SEÑALES DE
CORRIENTE Y TENSIÓN
AL ANALIZADOR
COMUNICACION DIRECTA VÍA MODEM CON
SEÑALES PROCESADAS DE V,I,KW,KVAR,
KWh,F.P
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
191
Las empresas concesionarias tienen tarifas mayores en las horas punta, esto obliga a
controlar la máxima en horas punta (18 - 23 h.), para reducir los altos gastos por este
concepto.
Analizar los consumos específicos de un proceso, de un producto, etc.
Para evitar uno de los siguientes problemas:
- Superposición operativo de máquinas.
- Arranques frecuentes de motores en período de máxima demanda.
- Programar la conexión de cargas para operar en horas punta.
Pero se debe considerar que las medidas a implementar no perjudiquen la producción ni la
productividad de la empresa.
Teniendo en consideración este criterio se puede reducir los costos:
- Estableciendo programas de operación de cargas en procesos.
- Implementando control automático de máxima demanda.
- Aplicando equipos más eficientes.
En el caso de la potencia reactiva, se requiere además controlar este parámetro para efectos
de la compensación reactiva y las medidas de control.
2. INSTRUMENTOS APLICADOS EN LA MEDICIÓN Y
CONTROL
2.1. CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES
Los instrumentos tienen por función principal determinar el valor o el tamaño de alguna
cantidad. La acción de determinar tales cantidades se conoce como medida.
2.2. DISEÑO DEL INSTRUMENTO:
- Instrumentos Indicadores.- El valor de la medida se visualiza por la posición de una
aguja en la escala, y/o dígitos.
- Instrumentos Registradores.- El valor de la cantidad medida se registra en una gráfica.
Escala.- Es la matriz de marcas.
- Longitud de escala
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
192
- Intervalo de escala
Margen.- Límites entre los que se puede realizar una lectura.
Espacio muerto.- Es el margen de valores de la cantidad medida para los cuales no se obtiene
lectura.
Amortiguación.- Cuando la amplitud de las oscilaciones del indicador se reducen
progresivamente o se anulan completamente.
Frecuencia de muestreo.- Toma de muestras a intervalos regulares de la cantidad que está
siendo medida.
2.3. SENSIBILIDAD Y PRECISIÓN:
Sensibilidad.- La sensibilidad de un instrumento se define como:
Sensibilidad = Cambio en la lectura de escala del instrumento
Cambio en la cantidad medida
Por ejemplo: un puente, esta definición se expresa en términos de cambio en la salida
resultante de una variación a la entrada.
Sensibilidad = Cambio en la salida
Cambio en la entrada
Resolución.- Es el menor cambio en la cantidad medida. También llamado discrimi-nación
de un instrumento.
Precisión.- Es la magnitud en que la lectura dada puede ser mala, es decir, la magnitud en
que difiere la lectura del valor real. El valor real es el indicado por el mejor
medidor patrón. La precisión se expresa en porcentaje o en rangos específicos
muy pequeños.
Error.- Es la diferencia entre el resultado de la medida y el valor verdadero o real.
Error = Valor medido - Valor real
Sesgo.- Es el error constante que existe para el margen completo de sus medidas.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
193
Error de Histéresis.- Sucede como resultado de cosas tales como el rozamiento de
cojinetes y movimiento lento de engranajes del instrumento.
Error de histéresis máximo
Histéresis = x 100%
Desviación a fondo de escala
Fiabilidad. - Probabilidad de que este operará de acuerdo con un nivel de prestaciones
bajo las condiciones específicas para su uso.
Repetibilidad.- Si se toman repetidas tomas del mismo valor de la cantidad que está
siendo medida, el instrumento podría mostrar la misma lectura.
Además de los términos de especificaciones generales, hay otros términos específicos
utilizados como son:
- Dimensiones y peso.
- Temperatura de funcionamiento.
- Impedancia de salida.
- Potencia de entrada.
- Relación señal / ruido.
- Tiempo de respuesta.
- Ancho de banda.
3. PRINCIPALES EQUIPOS PARA MEDICIÓN Y CONTROL
3.1. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
Entre los instrumentos de mayor aplicación en la industria para las operaciones,
mantenimiento y operación se tienen:
- Multitester .- Instrumento portátil de gran uso por el personal de O&M.
- Wattímetro.- En celdas de medición, tableros, y aplicaciones puntuales.
- Voltímetro.- En celdas de medición.
- Amperímetro- En celdas de medición.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
194
- Cosfímetro.- En tableros generales.
- Tacómetro.- En aplicaciones puntuales.
- Luxómetro.- Para calidad de alumbrado.
Entre los equipos más sofisticados para medición de demanda y calidad de
energía se tienen:
- El analizador de armónicos.- En aplicaciones de calidad de energía
- El flicker meter (flickermetro).- Mide la magnitud de sensación de FLICKER a
través de análisis estadístico para obtener indicadores de severidad de Flicker de corto
y largo plazo tales como: CPF, P50%s, P10%s, P3%s, P1%s, P0%s, Pmax, Pst, Plt con
frecuencias de ingreso 50 - 60 Hz.
- El analizador de transitorios.- En sistemas de potencia.
- Registrador de eventos.- Para registro de interrupciones.
3.2. INSTRUMENTOS REGISTRADORES PARA CONTROL DE DEMANDA
Registradores analógicos.- Cuentan como dispositivo de salida una cinta gráfica, el
mismo que para su análisis requiere ser transcrito, observando los niveles de escala
utilizado, la temporización del registro entre otros.
Registradores digitales.- Tienen como dispositivo de salida una pantalla digital que
muestra los valores de medición y cuenta con opción gráfica y opción de registro en
memoria, cuya autonomía de registro depende de la capacidad en bytes de memoria y del
período de integración.
Otro método importante de registro, tanto para entradas analógicas como digitales, incluye
la utilización de discos o cintas magnéticas.
3.3. EQUIPOS ANALIZADORES DE ONDA PARA CALIDAD DE ENERGÍA
Los equipos analizadores de armónicos en su totalidad son del tipo digital, las que en
general despliegan en pantalla las formas de onda, el valor de la amplitud de la onda
fundamental y de cada armónica, el valor efectivo, el valor máximo y la distorsión total.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
195
4. ESTANDARES DE CALIDAD PARA DISEÑO Y FABRICACIÓN
4.1. DISEÑO
El estándar electrotécnico para las especificaciones son: la International Electrotechnical
Comission (IEC) IEC 50 parte 301, 302 y 303, a nivel de Europa el Comité Europeo de
Estandarización (CEN), en Inglaterra la British Standard Institution (BSI), en Estados
Unidos la IEEE respecto a la instrumentación se tienen IEEE l00 y 885, NEMA entre
otros.
En el país se aplica generalmente las normas IEC y las normas IEEE.
4.2. FABRICACIÓN
La guía de calidad para los alcances entre cliente y proveedor se especifican por ISO 9000-
9004 y las normas europeas EN 29000 y 29004.
- Los suministradores deben establecer y mantener sistemas efectivos, económicos y
demostrables, para asegurar que los materiales o servicios estén conformes con los
requisitos especificados.
- El suministrador debe mantener un sistema efectivo de control y calibración de patrones,
equipos de medida, con personal de adecuado conocimiento.
- Los servicios de calibración debe hacerse en forma periódica y sistemática para luego
documentarse y así asegurar su continua efectividad. Teniendo como referencia los
patrones nacionales.
5. CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS DE
CONTROL
Los principales criterios a aplicar para una adecuada selección de instrumentos se señalan
a continuación:
- Objetivo de la medición.- A nivel de información puntual, o a nivel de control. Si es
a nivel de control de gastos, estos son de acuerdo al sistema de costeo: Si es a nivel de
costeo por procesos, por productos, por precio medio.
- La cantidad que se quiere medir.- Objetivizar la variable a medir, para realizar la
adecuada elección del instrumento.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
196
- El entorno.- Tener presente las condiciones ambientales, limitaciones de tamaño,
peso, los requerimientos de montaje y alimentación requerida los cuales determinan la
elección del instrumento.
- Precisión.- Rango de precisión sobre el margen de medidas.
- Resolución.- Cuantificar los pequeños cambios de la cantidad a medir que se necesita
para producir un cambio observable en la lectura del instrumento.
- Margen y escala.- Considerar los máximos y mínimos de la variable a medir y según
ello el requerimiento de un instrumento y de ser necesario un instrumento multiescala.
- Salida.- Considerar el tipo de pantalla o visualización necesaria, además la distancia
del punto de medida y si esta señal va hacer conectada a otro sistema; verificar el
requerimiento de algún tipo de interfaz.
- Características de respuesta.- Tener presente el tiempo de respuesta necesaria,
ancho de banda (Rango de frecuencias seleccionadas para poder trabajar) y si se trata
de C.A. estimar la respuesta en valor pico, valor medio o eficaz.
- Calibración.- Tratar de mantener constante la calibración del instrumento al paso del
tiempo. Existen instrumentos con capacidad de autodiagnóstico.
- Interferencias y ruido.- Tiene que ver con el medio circundante el cual
distorsionaría la verdadera lectura como son: campos magnéticos o electrostáticos.
- Fiabilidad.- Establecer los requerimientos de fiabilidad, de ser necesario incluir
dispositivos de limitación de sobrecarga o de alarma en el instrumento; y para dar
mayor seguridad a la fiabilidad establecer algún tipo de almacenamiento especial.
- Coste.- Aquí tenemos que preguntarnos: ¿ Existe algún tipo de limitaciones de coste
en la selección del instrumento?
6. ESPECIFICACIONES PARA LA ADQUISICIÓN DE
INSTRUMENTOS
Las especificaciones es una lista que da una información detallada de las prestaciones
esperadas del instrumento y de las condiciones bajo las que dichas prestaciones están
garantizadas.
Para adquirir los instrumentos se deben considerar los siguientes parámetros en lo que se
refiere a sus especificaciones y ellos son:
- Aquellos que están relacionados con el diseño del instrumento.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
197
- Los relacionados con la sensibilidad y la precisión.
- Aquellos que conciernen a la calibración.
7. SISTEMA DE INSTRUMENTACIÓN, PROCESAMIENTO Y
CONTROL
Los sistemas de instrumentación para la adquisición y procesamiento de datos constan de
diversos componentes, que utilizados conjuntamente permiten realizar o visualizar o
registrar un resultado de medición.
Estos componentes son un dispositivo de entrada, que recibe la señal de entrada y la
convierte en un formato adecuado para el siguiente componente, que acondiciona la señal.
El término acondicionamiento de señal generalmente describe el acondicionamiento y
procesado de la señal, y se usa para modificar la señal de tal modo que pueda operar en un
tercer componente que es la pantalla o el registrador.
Los dispositivos de entrada se conocen como sensores, detectores, captadores, sondas o
más frecuentemente transductores.
7.1. TRANSDUCTORES
Componente que convierte energía o información desde un sistema de energía o
información para otro sistema. Ejemplo: Sistema de medida para medir temperaturas,
bobina de resistencia usado como termómetro de resistencia, etc.
Entrada
Analógica Digital Señal
Forma general de un sistema de instrumentación
Fig. I.4.1. Célula fotoconductora y transductor de reluctancia variable
Contador
Pantalla Convertidor
analógico/
digital
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
198
7. 2. ACONDICIONAMIENTO Y PROCESADO DE SEÑAL
Se utiliza para el elemento de un sistema de medida que convierte la señal del transductor
en un formato adecuado para realizar el posterior procesado y así la visualización. La
salida de un acondicionador de señal es, normalmente, una tensión o una corriente en C.C.
El término procesado de señal se utiliza, a menudo, para los procesos que se producen en la
señal a fin de adecuarla para poder visualizarla, estos pueden ser una amplificación, un
filtrado, una liberalización, o una adaptación de impedancias. La liberalización es el
proceso que consigue que la salida de señal hacia la pantalla sea proporcional a la entrada
del transductor.
7.3. CONVERSIÓN ANALÓGICO / DIGITAL
La conversión normalmente incluye dos elementos: Un elemento de muestreo y retención y
un convertidor analógico/digital. El elemento de muestreo y muestreo toma una muestra de
la señal analógica y la mantiene el tiempo suficiente para que el convertidor ND la
transforme en una señal digital.
7.4. SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS
Un registrador de datos son sistemas de adquisición de datos que pueden tomar entradas
desde un gran número de frentes, realizar ciertas funciones matemáticas en las entradas
para luego almacenarlas en una memoria de estado sólido o un sistema magnético de disco
o cinta.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
199
ENTRADAS MULTIPLEXOR y retención A/D printer,etc
PC, cinta
Muestreo Convertidor magnética
Registrador de datos
La rapidez de respuesta es la máxima velocidad de cambio de la tensión de entrada que
puede seguirse.
7.5. TRANSMISIÓN DE DATOS
La transmisión de señales digitales puede realizarse tanto de forma paralela como en serie.
Con la forma en paralelo se utilizan n líneas de datos en paralelo para transmitir una
palabra de n bits, cada línea transporta simultáneamente un bit.
Con la transmisión en serie sólo se utiliza una línea, y la información se transmite
secuencialmente bit a bit.
Por razones de costo las transmisiones en paralelo se usan para distancias de hasta 2 m.,
dejándose la transmisión en serie para largas distancias.
7.6. TRANSMISIÓN DE DATOS UTILIZANDO MÓDEM
Para transmitir señales digitales a largas distancias, se pueden utilizar los Módem (Modula
la señal digital en una forma de onda analógica) el Módem cambia el estado lógico 1 y el
estado lógico 0 en, generalmente dos frecuencias diferentes
Transmisión de datos utilizando módem
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
200
7.7. MEDICIÓN Y CONTROL DE POTENCIA REACTIVA
¿Cuándo se requiere medir y controlar reactivas?
Cuando la energía reactiva supera el valor del 30% de la energía activa.
Por ejemplo:
Consumo de energía activa. : 23,480 kWh
Consumo de energía reactiva : 12,500 kVArh
Energía React. Fact. : 12,500 - 0.3 *23,480 = 5456
Costo por energía reactiva : 5456 * 0.035 = S/. 191
Caso l : Compensación reactiva
a. Forma de compensación: manual
Fig. I.4.2.
b. Compensación automática
Fuentes de
DatosMODEM MODEM
Receptor de
Datos
Interface RS 232 Interface RS 232
Línea
Telefónica
Global o
Centralizada
10 kV
220
Ascensores
Bombas
Iluminación
Local o
Individual
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
201
Fig. I.4.3.
Caso 2 : Desplazamiento de cargas
- Problema : alto costo en horas punta.
- Oportunidad : optimizar facturación (costo).
- No es ahorro de energía.
- Es optimización de uso de potencia.
- Identificar cargas a desplazar.
- Diseño de sistema de control.
a. Control automático de cargas en subestación MT/BT
1
2
3
4
6
7
8
5
1 2 3 4 65
Regulador de
Potencia Reactiva
R
S
T
Fuente Carga
Switch del
Banco
Switch de
cada grupoK
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
202
Fig. I.4.4.
b. Diseño de control de cargas
Fig. I.4.5.
c. Control para autogeneración
SQ
10KV
100KVA
10 / 0.23 KV
SQ
250 KVA
10 / 0.23
CVM CVM
RS 485 RS
RS RS
SQSQ
10 KV
100 KVA
10 / 0.23 KV
100 KVA
10 / 0.23 KV
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
203
Fig. I.4.6.
G
400KVA
10 / 0.23KV
SQ
Sistema de
Arranque
Sistema de
Sincronismov,
f
v,f
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
204
CAPÍTULO I.5:
MÁQUINAS ELÉCTRICAS
1. CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
1.1. CLASIFICACIÓN POR USOS
Las máquinas eléctricas de acuerdo a sus usos se dividen en:
A. Generadores.- Transforman la energía mecánica en eléctrica. Se instalan en las
centrales eléctricas (CC.EE.) y en los diferentes equipos de transporte como autos,
aviones, barcos, etc. En las CC.EE. los generadores son accionados mecánicamente
mediante turbinas que pueden ser a vapor o hidráulicas; en los equipos de transporte
mediante motores de combustión interna o turbinas a vapor. En una serie de casos los
generadores se usan como fuente de energía para equipos de comunicaciones,
dispositivos automáticos, de medición, etc.
B. Motores.- Son equipos eléctricos que transforman la energía eléctrica en energía
mecánica; sirven para accionar diferentes máquinas, mecanismos y dispositivos que
son usados en la industria, agricultura, comunicaciones, y en los artefactos
electrodomésticos. En los sistemas modernos de control los motores se usan en calidad
de dispositivos gobernadores, de control, como reguladores y/o programables.
C. Convertidores electromecánicos.- Transforman la c.a. en c.c. y viceversa, variando la
magnitud de tensión (V), tanto de c.a. como c.c., frecuencia (f), número de fases y otros.
Se usan ampliamente en la industria aunque en las últimas décadas ha disminuido su
demanda debido al uso de los conversores semiconductores (dispositivos electrónicos de
potencia).
D. Compensadores electromecánicos.- Generan o absorben potencia reactiva (Q) en los
sistemas eléctricos de potencia para mejorar los índices energéticos (el factor de
potencia , niveles de tensión) en las interconexiones y los centros de carga.
E. Amplificadores electromecánicos.- Se usan para el control de equipos de gran
potencia, mediante señales eléctricas de pequeña potencia, que son transmitidos a los
devanados de excitación (control). Su uso también ha disminuido.
F. Convertidores electromecánicos de señales.- Generan, transforman y amplifican
diferentes señales. Se diseñan y proyectan en forma de micromotores y lo usan
ampliamente diferentes equipos de control.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
205
22.
23.
24. FIG. I.5.1 MOTORES: USO FINAL INDUSTRIA, COMERCIO, ETC.
25. 1.2. CLASIFICACIÓN POR TIPO DE CORRIENTE Y POR SU FUNCIONAMIENTO
Por el tipo de corriente se dividen en máquinas de c.a. y de c.c. Las máquinas en dependencia de su funcionamiento y de su sistema magnético (núcleo) se dividen en transformadores, máquinas de inducción, máquinas síncronas y máquinas colectoras.
A. Transformadores.- Se usan ampliamente para la variación de tensión. En los sistemas
de transmisión, distribución y utilización, en los rectificadores de corriente, en la
automática y la electrónica.
B. Máquina de inducción.- Se usan como motores trifásicos, habiendo también
monofásicos. La simpleza de su diseño y su alta confiabilidad permiten su uso en
diferentes campos de la ingeniería. En los sistemas de regulación automática. (SRA) se
usan ampliamente motores de control mono y bifásico, taco generadores así también
como selsynes.
C. Máquinas síncronas.- Se usan como generadores de c.a. de frecuencia industrial (50
ó 60 Hz) en las CC. EE., así como generadores de alta frecuencia (en los barcos,
aviones, etc.). En los sistemas de mando eléctrico de gran potencia se usan motores
síncronos. En los dispositivos automáticos se usan máquinas síncronos de histerésis,
con imanes permanentes, de paso y otros.
D. Máquinas colectoras.- Se usan muy rara vez y sólo como motores. Tienen un diseño
complejo y exigen muy buen mantenimiento.
G
M
M
138 60 Kv
DistribuciónGeneración
CH
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
206
E. Máquina de C.C..- Se usan como generadores y motores en los sistemas de mando
eléctrico que requieran flexibilidad en la regulación de velocidad: en los ferrocarriles,
en el transporte marítimo, en laminadores, en grúas; también en casos cuando la fuente
de energía eléctrica son baterías acumuladoras.
Los generadores de c.c. frecuentemente se usan para el suministro de energía a dispositivos de comunicaciones, el transporte (aviones, trenes, buques), para cargar baterías. Sin embargo ahora son reemplazados por generadores de c.a., que funcionan conjuntamente con rectificadores de estado sólido (semiconductores).
26. 1.3. CLASIFICACIÓN POR NIVEL DE POTENCIA
En función a la potencia que absorben o generan las máquinas, se dividen en micro
máquinas, motores de pequeña, media y gran potencia.
- Micro máquinas.- Cuya potencia varía de décimas de watt hasta 500 w. Estas
máquinas trabajan tanto en C.A. como en C.C., así como a altas frecuencias (400 - 200
Hz).
- De pequeña potencia.-. 0.5 - 10 kW. funcionan tanto en c.a. como en c.c. y, en
frecuencia normal (50 - 60 Hz ó más).
- De potencia media.- 10 kW hasta varios cientos de kW.
- De gran potencia.- Mayor de 100 kW. Por lo general las máquinas de media y gran
potencia funcionan a frecuencia industrial.
27. 1.4. CLASIFICACIÓN POR FRECUENCIA DE GIRO (VELOCIDAD)
Se dividen en :
De baja velocidad : con velocidad menor de 300 r.p.m.;
De velocidad media : (300 - 1500 r.p.m.);
De altas velocidades : (1500 - 6000 r.p.m.);
De extra altas velocidades: (mayor de 6000 r.p.m.).
Las micro máquinas se diseñan para velocidades de algunos r.p.m. hasta 6000 r.p.m.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
207
28. 2. CARACTERÍSTICAS NOMINALES DE LAS MÁQUINAS
ELÉCTRICAS
- Cada máquina tiene una placa adherida a su carcaza. En esta placa se indican el tipo, sus
características con sus principales índices energéticos y sus condiciones de
funcionamiento para los cuales ha sido diseñados.
- Son datos nominales o características: La potencia, tensión, corriente, velocidad,
frecuencia de C.A., rendimiento (performance), número de fases, factor de potencia y
régimen de funcionamiento (para carga permanente, carga tipo sierra, carga de
emergencia). Además, en la placa figura: Nombre del fabricante, año de fabricación,
clase de aislamiento, también datos complementarios necesarios para la instalación y
mantenimiento (peso, conexión trifásica, otros).
El término “nominal” se puede usar también para referirse a magnitudes no señaladas en la
placa, pero que corresponden al régimen nominal de funcionamiento, por ejemplo par
nominal, deslizamiento.
3. POTENCIAL NOMINAL DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
Potencia nominal es aquella potencia para la cual está diseñada la máquina, teniendo en
cuenta su temperatura y el trabajo continuo durante su tiempo de uso (funcionamiento).
Se entiende por potencia nominal:
- para el motor.- potencia mecánica en el árbol (eje, rotor), W ó kW;
- para generador c.c.- potencia eléctrica en los bornes (terminales), W ó kW;
- para generador de c.a.- potencia aparente en los bornes, VA ó kVA.
Las máquinas pueden funcionar también en condiciones no nominales (sobrecarga y subcarga, potencia superior o inferior a la nominal, tensión y corriente diferentes del nominal), en estas condiciones los índices energéticos también son diferentes del nominal.
Frecuentemente, ante cargas inferiores a la nominal, el rendimiento y el factor de potencia son menores que sus valores nominales; ante
cargas superiores a la nominal surge el peligro de una elevada temperatura en diferentes partes de la máquina, principalmente en los devanados, lo cual puede tener efecto en el deterioro de su aislamiento o de la máquina en su conjunto. La temperatura máxima
permisible en los devanados depende de las propiedades del aislamiento usado (de su tipo) y del tiempo de funcionamiento de la
máquina y fluctúa entre los 105 y 180º C.
En los estándares para máquinas se incluyen otras normas que determinan las sobrecargas
permitidas y las pruebas a que son sometidas los elementos de su estructura, también las
condiciones de su funcionamiento.
Las máquinas de c.a. por regla general están diseñados para funcionar con tensión senoidal y simetría en las fases. Las máquinas que trabajan acopladas
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
208
eléctricamente con dispositivos rectificadores generalmente tienen una forma de tensión y corriente diferente a la senoidal originando la presencia de armónicos en la red, lo que origina pérdidas complementarias de energía lo cual hace que se eleve la temperatura de los devanados y del núcleo.
4. TRANSFORMADORES
El transformador es un dispositivo estático de tipo electromagnético que tiene dos o más
devanados acoplados por un campo magnético mutuo (núcleo) y se usa para convertir uno
o varios sistemas de c.a. en otro u otros sistemas de c.a. de tensión diferente.
La aplicación de los transformadores permite elevar o bajar la tensión, variar el número de fases y en algunos casos incluso variar la frecuencia de la c.a. La posibilidad de transmitir las señales eléctricas de un devanado a otro mediante inducción electromagnética fue descubierto por M. Faraday.
Los transformadores se usan para los siguientes fines:
4.1. TRANSMISIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
Por lo general en las centrales eléctricas (CC.EE.) se genera energía a tensión de 6-24 kV. Transmitir la energía a grandes distancias, es
más económico haciéndolo a altas tensiones, por ello en las centrales se instalan transformadores elevadores de tensión.
Actualmente en la transmisión de energía se usan tensiones de 220, 330, 500 y 750 kV y
potencias hasta de 1200 - 1600 MVA.
La energía eléctrica en el país se distribuye a las industrias y a las ciudades por cables
subterráneos y líneas aéreas a tensiones de 35, 60, 110, 138 y 220 kV. Por lo tanto en los
centros de consumo deben instalarse transformadores para bajar los niveles de tensión a 10
kV y 0.38-0.22 kV. Los transformadores usados para estos fines pueden ser monofásicos o
trifásicos.
Para asegurar el circuito de conexión necesario de las válvulas rectificadoras (diodos) en
los dispositivos convertidores. (En los circuitos rectificadores o en los inversores, la
relación de tensiones a la entrada y salida depende de la conexión de los diodos).
En los últimos años se usan transformadores para la excitación de campos de potentes
turbo o hidrogeneradores, de mando eléctrico y otros fines más. Además gracias al uso de
aislamiento resistente al calor en la fabricación de los transformadores, se ha podido elevar
la potencia en 1.3 - 1.5 veces y disminuir sus dimensiones.
Para diferentes objetivos tecnológicos como soldadura, fuentes de alimentación. La
potencia alcanza algunas decenas de kVA con tensiones de hasta 10 kV.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
209
Para la alimentación de los diferentes circuitos de radio y TV, dispositivos de
comunicaciones, automática y telemecánica. En estos usos los transformadores por lo
general tienen pequeña potencia (de algunos watts hasta algunos kW) y baja tensión. Son
diseñados en 2, 3 y multidevanados.
Para conectar instrumentos de medición y otros dispositivos, por ejemplo relés, en los
circuitos eléctricos de alta tensión (AT) ó en los circuitos por donde fluyen grandes
corrientes, con el objetivo de ampliar las escalas de medición. Los transformadores que se
usan para este aplicación se llaman transformadores de medida, tienen pequeña potencia,
que es determinada por la potencia de los aparatos de medición, relés y otros.
Los transformadores que se usan en la industria y en los sistemas eléctricos (transmisión y distribución) son llamados transformadores de
potencia. Para su funcionamiento son características: magnitud de potencia variable en función a un diagrama de carga y pequeñas
variaciones de tensión, tanto del primario como del secundario, con respecto al valor nominal.
Fig. I.5.2.
Devanado primario Relaciones: Devanado secundario
EAT W AT V1
Zc Carga K = = =
EBT W BT V2
En el presente tópico se analiza la teoría general de los transformadores de potencia; los otros tipos se analizan en base a esta teoría.
29. 4.2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES
El circuito electromagnético de un transformador monofásico de 2 devanados, consiste en
2 bobinas instaladas en un núcleo cerrado, cuya estructura es en base a materiales
ferromagnéticos.
El uso del material ferromagnético permite aumentar el acoplamiento electromagnético entre las bobinas, ósea baja la resistencia
electromagnética (reluctancia) del circuito, por donde circula el flujo magnético de la máquina.
c1 c2
I2
I1
V1
V2 Zc
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
210
El devanado primario 1 es conectado a la fuente de c.a., una red eléctrica con tensión V1, el
secundario 2 es unido a una resistencia de carga Zc.
El devanado de mayor tensión se llama devanado primario (de alta tensión AT); el de
menor tensión, devanado secundario (de baja tensión BT). Los bornes son representados
como inicio y final del devanado de AT con las letras A y X; en la BT por las letras
minúsculas a y x.
Cuando el transformador es conectado a la red, en el devanado primario surge una c.a. I, el
cual crea un flujo magnético variable , que circula por el núcleo; este flujo induce en
ambos devanados fuerzas electromotrices f.e.m - e1 y e2 proporcionales, de acuerdo a la ley
de Maxwell, a los números de espiras N1 y N2 de los respectivos devanados y a la
velocidad de cambio del flujo d/dt.
De esta manera los valores instantáneos de las fem inducidas en cada devanado son:
d d
e1 = - N1 ; e2 = - N2 ;
dt dt
Por lo tanto, la relación de las magnitudes instantánea y eficaz de las f.e.m. con respecto a
sus devanados es definida por la expresión:
E1 e1 N1
= =
E2 e2 N2
Si se desprecia las caídas de tensión en los devanados del transformador, los cuales por lo
general, no sobrepasan el 3.5% de la magnitud nominal de tensión V1 y V2, y consideramos
que E1 = V1 así como E2 = V2 entonces obtenemos:
V1 N1
V2 N2
Por lo tanto, eligiendo de una manera adecuada el número de espiras de los devanados,
ante una tensión dada V1, se puede obtener una tensión secundaria V2. Si es necesario
elevar la tensión secundaria, entonces el número de espiras N2 se toma menor que N1; a
este transformador se le llama elevador de tensión. Si se necesita bajar V2, entonces N2 se
toma menor que N1 siendo este transformador reductor de tensión.
La relación de f.e.m. EAT con la f.e.m. del devanado de BT EBT (a la relación del número de
espiras) se le llama relación de espiras o factor de transformación
EAT NAT
K = =
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
211
EBT NBT
Esta relación siempre es mayor que la unidad.
En los sistemas de transmisión y distribución de energía en muchos casos se usan
transformadores de 3 devanados, en los dispositivos de radio-electrónica y automática
transformadores de devanados múltiples. En los núcleos de estos transformadores son
colocados 3 ó más devanados, aislados unos de otros, lo que permite que con una fuente V,
se pueda energizar el resto de devanados a diferentes tensiones ( V2, V3, etc.) para igual
número de cargas. En estos transformadores se notan 3 tipos de devanados, de AT, BT y
MT (media tensión).
Es importante subrayar que en los devanados las magnitudes que varían son sólo la tensión
y la corriente; la potencia es casi constante (disminuye un poco por las pérdidas internas de
energía, corrientes parásitas). Por lo tanto.
I1 V2 N2
= =
I2 V1 N1
Ante un aumento de la tensión secundaria del transformador en K veces en comparación
con el primario, la corriente I2 en el secundario va a originar una disminución en K veces.
El transformador sólo funciona en circuitos de c.a. Si el primario del transformador es
conectado a una fuente de c.c., entonces en el núcleo se va a formar un flujo magnético
constante en el tiempo en magnitud y dirección, por lo cual en los devanados primarios y
secundarios en régimen permanente, no se va a inducir f.e.m. y por lo tanto no va a ver una
transmisión de energía eléctrica entre los devanados. Esta situación es muy peligrosa para
el transformador, pues debido a la ausencia de f.e.m. E1, la corriente es muy elevada y
responde a la relación :
V1
I1 =
R1
Una propiedad importante de los transformadores, aplicados en los dispositivos
automáticos y en la radio electrónica, es su capacidad para transformar la resistencia de la
carga. Si a una fuente c.a. se le conecta una resistencia R mediante un transformador de
relación K, entonces para el circuito de la fuente se cumplen:
P1 P2 I22 R
R´ = k2R
I12 I1
2 I1
2
Donde:
P1 = potencia consumida por el transformador de la fuente c.a., W
P2 = I2 2 .R
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
212
P1 = potencia consumida por la R del transformador.
Por lo tanto se observa que el transformador cambia el valor de la resistencia R en K2
veces. Esta propiedad se usa mucho en el diseño de diversos circuitos eléctricos para
acoplar resistencias de carga con la resistencia interna de la fuente de energía eléctrica.
30. 4.3. DATOS NOMINALES DE LOS TRANSFORMADORES
- Potencia nominal, KVA
- Tensión de AT, kV
- Tensión de BT, kV
- Corriente nominal en AT. Amp.
- Corriente nominal en BT. Amp.
- Factor de potencia, cos
- Frecuencia, Hz
- Esquema de conexión
- Número de fases
- Tensión de cortocircuito
31. 4.4. PÉRDIDAS DE POTENCIA Y ENERGÍA EN LOS TRANSFORMADORES
En los transformadores se tienen dos tipos de pérdidas, pérdidas en el fierro y pérdidas en
el cobre.
a) Pérdidas en el fierro.- Son pérdidas que se deben a las características de diseño y a la
calidad de los materiales empleados en su fabricación. Este tipo de pérdidas son
permanentes y tienen lugar mientras el transformador esté conectado a la red. La
magnitud de estas pérdidas depende del tamaño o potencia del transformador.
Este tipo de pérdidas PFe las define el fabricante y las presenta en las especificaciones
del equipo.
b) Pérdidas en el cobre.- Son pérdidas que se deben al efecto Joule es decir por la
corriente que circula en devanados del transformador. Estas pérdidas dependen del nivel
de carga que tenga el transformador en su operación. Se determina por la siguiente
relación:
PCu = (Fu)2. PCu N
Fu = Factor de utilización igual a Ioper/IN
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
213
Las pérdidas de energía en los transformadores, Etrafo, que incluye tanto las pérdidas en
el fierro como en el cobre se determina por la siguiente relación :
ETrafo = (Pfe + (FuMD)2. PCu N.fp). T
FuMD = Factor de utilización en máxima demanda.
Fp = Factor de pérdidas, del diagrama de carga.
T = Período de evaluación de las pérdidas.
Tabla I.5.1 Pérdidas en transformadores
P Pérdidas en
vacío
Pérdidas
debido a la
carga
Tensión de
corto-circuito
Potencia reactiva a compensar
Vacío Plena carga
KVA W W % KVAr KVAr
100 320 1750 4 2.48 6.08
160 460 2350 4 3.65 9.60
200 550 2850 4 4.67 11.84
250 650 3250 4 5.21 14.67
315 770 3900 4 6.25 18.32
400 B1 930 4810 4 7.54 22.80
400B2 930 4600 4 7.54 22.87
500 B1 1100 5950 4 9.44 28.53
500 B2 1100 5500 4 9.44 28.67
630 B1 1300 6950 4 11.27 35.49
630 B2 1300 6500 4 11.27 35.62
800 B1 1560 12000 5.5 19.91 62.24
800 B2 1560 10200 4.5 19.91 54.43
1000 B1 1840 13900 5 23.90 82.26
1000 B2 1840 12100 5 23.90 72.40
1250 2160 15000 5.5 27.37 94.46
1600 2640 18100 6 31.83 126.11
2000 3900 22500 7 37.80 176.00
2500 4500 27500 7.5 44.80 230.00
3150 5400 35000 8 53.30 303.00
4.5. Rango de pérdidas en equipos de Sistemas de Potencia
ITEM COMPONENTE
% Pérdidas de
Energía
(100% de carga)
A Interruptores de Interperie (15 a 230 kV) 0.002 - 0.015
B Generadores 0.09 – 3.50
C Interruptores de Media Tensión (5-15kV) 0.005 –0.02
D Reactor Limitador de Corriente (600 V a 15 kV) 0.09 – 0.30
E Transformadores 0.40 – 1.90
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
214
F Seccionadores Bajo Carga 0.003 – 0.025
G Arrancadores de Media Tensión 0.02 – 0.15
H Líneas (menor ó igual a 480 V) 0.05 – 0.50
I Interruptoresde Baja tensión 0.13 – 0.34
J Centro de Control de Motores 0.01 – 0.40
K Cables 1.00 – 4.00
L Motores
a.- 1 - 10 HP 14.00 – 35.00
b.- 10 - 200 HP 6.00 – 12.00
c.- 200 - 1500 HP 4.00 – 7.00
d.- 1500 HP a más 2.30 – 4.50
M Rectificadores 3.00 – 9.00
N Variadores de Velocidad Estáticos 6.00 – 15.00
O Capacitadores (pérdidas watts/var) 0.50 – 2.00
P Iluminación (Lumen/watts) 3.00 – 9.00
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
215
CAPÍTULO I.6:
LA AUDITORÍA ENERGÉTICA
1. GENERALIDADES
Consiste en la recolección de datos sobre el suministro y consumo de todas las formas de
energía con el propósito de evaluar las posibilidades de ahorro de energía y la cuantificación
de las mismas, así como para determinar la conveniencia de la oportunidad económica de
ejecutarlas.
“Ahorrar la mayor cantidad de energía al menor costo”
2. PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR UNA AUDITORÍA ENERGÉTICA
Paso 1.- Recolección de información básica e inventario general de las instala-ciones.
- Identificación del proceso productivo y/o áreas principales.
- Identificación de las fuentes de energía.
- Identificación de los consumidores de energía, capacidad instalada y horas de
operación.
- Información histórica de las facturas de los suministradores de energía
Paso 2.- Elaborar balances de energía, con el objeto de conocer la distribución de
energía en las diferentes fases del proceso productivo y/o áreas, es decir la caracterización
de carga.
- Toma de datos.
- Registros y mediciones puntuales.
- Las diferentes formas de energía que entran o salen del sistema deben estar
referidas a un mismo período de tiempo y expresadas en las mismas unidades.
- Los balances deben regirse por el principio de que la energía que se aporta al
sistema es idéntica a la que éste cede.
Paso 3.- Determinar la incidencia del consumo de energía de cada equipo o grupo de
equipos en el consumo de energía total y por lo tanto en el costo total.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
216
Paso 4.- Obtener índices de consumo de energía los cuales pueden ser usados para
determinar la eficiencia energética de las operaciones, y consecuen-temente, el potencial
de ahorro de energía. Indices típicos:
- Consumo específico de energía
- Factor de carga.
Paso 5.- Determinar los potenciales de ahorro de energía por equipos, áreas o centros de
costos, mediante una evaluación técnica detallada en los diferentes campos, como:
- Sistemas eléctricos: evaluación de la transformación y distribución, cargas
eléctricas, sistema tarifario, generación propia.
- Sistemas mecánicos: evaluación de sistemas de aire comprimido, sistemas de
bombeo, sistemas de manejo de aire, manejo de materiales sólidos.
- Sistemas térmicos: generación de vapor, sistemas de recuperación de calor
residual, redes de distribución de fluídos térmicos, sistemas de refrigeración y
aire acondicionado, hornos industriales, sistemas de quemadores, etc.
Paso 6.- Identificar las medidas apropiadas de ahorro de energía.
Paso 7.- Evaluación de los ahorros de energía en términos de costos. Se lleva a cabo una
evaluación económica que permite realizar un análisis en función de los desembolsos
requeridos para poner en práctica las recomendaciones de la auditoría.
Luego de la Auditoría Energética teniendo como base las conclusiones y recomendaciones de
la misma, se ejecutará un Plan de Acción. Estos resultados deben ser conocidos por todo el
personal de la empresa porque de esa manera comienza a crearse un buen ambiente de
motivación y concientización.
Las acciones correctivas deben iniciarse con las medidas de housekeeping, y divulgar sus
resultados para una mayor motivación del personal. Asimismo, debe complementarse el
programa con cursos de capacitación dirigidos al personal, y de incentivos. Lo que incidirá en
mayores rendimientos del mismo.
Ejemplo: Auditoría energética en hospitales
Consideraciones:
- Cada hospital es diferente en términos de tamaño, los servicios que provee y las funciones
especializadas que ofrece.
- Estos factores, junto con los diseños arquitectónicos y estructurales, inciden en el diseño
de todos los sistemas de ingeniería para cada hospital en particular.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
217
- En todos los países se tienen estrictos códigos y normas en el diseño de hospital,
construcción y operación, así como en los sistemas mecánicos y eléctricos.
- En todo hospital pueden encontrarse sustanciales ahorros, en los diferentes sistemas
como:
- Calefacción, ventilación y aire acondicionado.
- Sistema sanitario de agua caliente
- Sistema de agua fría
- Cocinas
- Lavandería
- Sistema eléctrico
La definición, implantación y administración de un programa de eficiencia energética requiere
de un cuadro y soporte adecuados para identificar y evaluar las oportunidades de ahorro.
Se requiere responder a estas preguntas:
¿Cuánto de energía se consume?
¿Dónde se consume?
¿Cómo se consume?
Y se podrá responder, ¿cuándo y dónde su eficiencia puede ser mejorada?
Para ello se requiere una inspección comprensiva y detallada de los usos y pérdidas de
energía, conocida como Auditoría Energética.
El personal de mantenimiento puede efectuar lo que denominamos una Auditoría Energética
Preliminar (AEP).
La AEP utiliza sólo los datos disponibles y no requiere instrumentación sofisticada; se realiza
en un corto período de tiempo.
La AEP da énfasis en identificar fuentes obvias de posible mejoramiento en el uso de la
energía. Por ejemplo, la falta de aislamiento, fugas de vapor, instrumentación defectuosa y
equipos que operan innecesariamente.
El típico resultado de la AEP es un conjunto de recomendaciones de bajo costo y acción
inmediata, así como una recomendación de un análisis más profundo de la situación
energética, es decir una auditoría energética detallada.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
218
AEP en el sistema eléctrico:
- Record global de demanda de energía y potencia máxima y promedio.
- Record de demanda de energía por secciones del hospital.
- Medir los niveles de iluminación de los ambientes de las diferentes secciones.
- Chequear la operación y consumo de energía de todos los equipos médicos como rayos X,
equipos de laboratorio, etc.
- Chequear la correcta y segura operación de los ascensores.
- Chequear la correcta operación de los equipos de medición.
- Chequear la correcta operación del sistema de generación eléctrica de emergencia.
Fig. I.6.1. Diagrama de Carga típico de un Hospital de Apoyo
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
219
RESUMEN DE PARÁMETROS ELÉCTRICOS MEDIDOS Y CALCULADOS
PARÁMETROS REGISTRADOS
MÁXIMA DEMANDA DEMANDA PROMEDIO
H.P. 32.00 kW H.P. 21.16 kW
H.F.P. 48.60 kW H.F.P. 26.86 kW
DÍA 48.60 kW DÍA 25.67 kW
ENERGÍA ACTIVA ENERGÍA REACTIVA
H.P. 105.78 kWh H.P. 71.54 kVARh
H.F.P. 510.33 kWh H.F.P. 360.64 kVARh
DÍA 616.10 KWh DÍA 432.18 kVARh
FACTOR DE POTENCIA (PROMEDIO) 0.83
PARÁMETRO CALCULADO
FACTOR DE CARGA TOTAL
(Demanda promedio/Demanda máxima) 0.53
Nota: La planta opera los 3 turnos
H.P.: Horas Punta (18 a 23 h)
H.F.P.: Horas Fuera de Punta
45%
18%
37%
I.6.2 Estructura de Demanda por subestaciones de un
Hospital de Apoyo
SS.EE. A
SS.EE. B
SS.EE. C
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
220
32%
5%
15% 16%
19%
10%
3%
ESTRUCTURA DE DEMANDA POR TIPO DE CARGA - HOSPITAL DE APOYO -
LAVAND./COCINA
CONSULTORIOS
CASA DE FUERZA
AIRE ACONDICION.
EMERG./MATERNO
OFICINAS/LABOR.
OTRAS CARGAS
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
221
3. DIAGRAMA DE FLUJO DE ENERGÍA
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
222
Fig. I.6.5.
4. ÍNDICES DE CONSUMO ENERGÉTICO
Son indicadores que pueden ser usados para determinar la eficiencia energética de los
procesos y operaciones, y subsecuentemente, el potencial de ahorro de energía.
D
I
E
S
E
L
T
R
A
N
S
F
O
R
M
E
L
E
C
T
R
I
C
I
D
A
D
ILUMINACIÓN
MÁQUINA DE PROD.
HORNOS
REFRIGERACIÓN
ILUMINACIÓN
MÁQUINA DE PROD.
SECADORES
PRENSAS
BOMBAS
COMPRESORES
ACONDICIONADORES DE AIRE
ESTERILIZADORESG
A
S
T
h
A
N
g
PÉRDIDAS
PÉRDIDAS
PÉRDIDAS DE
DISTRIBUCIÓN
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
223
Los indicadores son una referencia de cómo los sistemas consumidores de energía pueden
funcionar; aunque debe tenerse en cuenta que, nunca operan dos sistemas de la misma manera
y las variaciones de consumo son inevitables. Por esta razón, los índices energéticos son
desarrollados internamente a lo largo de cierto período de tiempo usando como información
una gran base de datos.
Los índices pueden ser desarrollados tanto a nivel macro (planta) como micro (equipo).
A nivel macro son generalmente los consumos específicos de energía (c.e.e.), por ejemplo:
consumo de energía
consumo específico de energía =
unidad de producto final
A nivel micro se desarrollan índices por equipo operando individualmente, por ejemplo, para
un secador es la humedad evaporada por unidad de energía consumida.
Las instalaciones como oficinas, escuelas, hospitales y edificios, no tienen un producto final
como tal. Por esta razón se utiliza un tipo diferente de índice denominado índice de
perfomance normal. Por ejemplo: kWh / m2 de piso acondicionado
En el caso de hospitales:
kWh / cama; gal combustible / cama; kWh / paciente; gal combustible / paciente.
En una lavandería puede ser:
kg de vapor / kg de trabajo procesado
5. IDENTIFICACIÓN DE MEDIDAS DE AHORRO DE ENERGÍA
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
224
5.1 MEDIDAS SIN INVERSIÓN
Comúnmente denominadas de “housekeeping”, relacionadas con los modos operati-vos,
seguimiento y control. Por ejemplo:
- Ajustes de los controles de relación aire-combustible en calderas y hornos.
- Desconexión de equipos que no están en producción.
- Programación correcta de la producción evitando tiempos muertos.
- Sustitución de fluorescentes T12 (40 W) por fluorescentes T8 (36 W) a medida que se
vayan quemando (tienen el mismo precio).
5.2. MEDIDAS CON BAJA O MEDIANA INVERSIÓN
También denominados de "retrofitting", generalmente tienen retorno menor a un año. Por
ejemplo:
- Recuperación de condensados de vapor.
- Corrección del factor de potencia.
- Uso de controladores de velocidad.
5.3. MEDIDAS CON ALTA INVERSIÓN
Se refieren a “cambio de tecnologías y/o procesos” con tiempos largos do retorno de
capital. Por ejemplo:
- Instalación de equipos de alta eficiencia (motores, calderos).
- Uso de controlador automático de demanda.
- Cambio de procesos químicos, métodos de secado, etc.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
225
6. EJEMPLO DE PLAN DE ACCION (caso típico de hospitales)
FASE MEDIDA TIEMPO DE
IMPLANTACIÓN ACCIÓN REQUERIDA
1 Establecer Organización Inmediato Designar un Responsable y el
Energética Comité de Energía
1 Programa de Inmediato a. Pegar carteles
Motivación al b. Realizar reuniones
Personal c. Comparar rendimientos
d. Solicitar aportes e ideas
1 Retorno de Inmediato Instalar tuberías para conectar
Condensados tanques receptores de conden-
sados con sistema de retorno
1 Fugas de Vapor Inmediato Localizar las fugas y hacer un
plan para repararlas como
parte de programa de manto.
1 Fugas de Aire Inmediato Localizar las fugas y hacer un
Comprimido plan para repararlas como
parte de programa de manto.
1 Aislamiento de Tuberías Inmediato a. Identificar falta aislamiento
b. Contactar proveedores
c. Solicitar materiales
d. Instalar
1 Optimización Tarifaria Inmediato a. Solicitar cambio de tarifa
b. Instalar medidor electrónico
Mediano plazo c. Cambio de tensión
1 Uso de Fluorescentes Progresivo a. Solicitar compra de fls T8
T8 (36 W) b. Sustituir fls deteriorados
o al final de su vida útil
2 Corrección del Factor Inmediato a. Contactar proveedores
de Potencia b. Especificar condensadores
c. Solicitar materiales
d. Instalar
2 Monitoreo de Energía A la instalación a. Establecer metodología
Eléctrica de medidores b. Preparar hoja de cálculo
o software
3 Redistribución de Cargas Progresivo a. Identificar cargas y tableros
Eléctricas b. Determinar necesidades de
materiales y servicios
c. Ejecutar acciones
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
226
CAPÍTULO II.1: EFICIENCIA EN LOS SISTEMAS DE ILUMINACIÓN
1. ILUMINACIÓN
1.1 OBJETIVOS DEL ALUMBRADO
Los objetivos del alumbrado en una instalación, industrial o en edificios, son entre otros los que a
continuación se enuncian:
- Proporcionar una iluminación adecuada para que los trabajos que en él se realicen puedan efectuarse con la
rapidez, seguridad y precisión deseadas.
- Contribuir a la creación de un ambiente visual agradable, cómodo y estimulante que permita conseguir unas
aceptables condiciones de seguridad, higiene y bienestar en los puntos de trabajo.
- Satisfacer, además, en algunos casos, una serie de exigencias específicas que pueden presentarse en
determinados espacios: potenciar la imagen empresarial, permitir la conclusión ordenada de la tarea en una
emergencia, etc.
Pero si conseguir estos objetivos constituyen una exigencia básica y primordial, no es
menos importante asegurar que su logro se efectúe con una racional y económica
utilización de la energía, que exige su implantación y requiere su uso; de ahí que,
conseguir alumbrados que la utilicen con la eficacia que permite la tecnología actual sea
una exigencia básica, no sólo bajo el punto de vista empresarial, sino por el propio interés
nacional.
1.2 ACTUACIÓN VISUAL
Es un hecho incontrovertible la importancia creciente que tiene una adecuada visión dentro
del mundo en su conjunto (laboral, de investigación, de descanso, de recuperación de la
salud, etc.). Como justificación de este hecho puede darse, por una parte, el que la
automatización industrial supone la sustitución de muchos esfuerzos musculares por
trabajos especializados, en que la visual es fundamental. A esta razón hay que añadir el
hecho de que los procesos a realizar (industriales, de investigación, de requerimientos de
cirugía y otros) suponen tareas visuales cada vez más difíciles y exigentes. Desde los
primeros años del presente siglo se han realizado estudios e investigaciones para conocer la
iluminación que debe proporcionarse en cada caso para satisfacer las exigencias de la tarea
visual que en ella se realiza.
1.3 EXIGENCIAS AMBIENTALES DE LA ILUMINACIÓN
Las personas se sienten afectadas en su bienestar y en su actuación por las condiciones
ambientales del local en que se desenvuelven (los técnicos en la industria, los pacientes y
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
227
médicos en los hospitales, los estudiantes en el aula, etc.). Por ello resulta de primordial
importancia conseguir un medio ambiente que contribuya a satisfacer las exigencias
psicofísicas de la persona. Dentro de las condiciones ambientales que afectan a la persona
están el nivel de ruido, la intensidad de las vibraciones y las características del alumbrado,
cada día más importantes como consecuencia de que en sus actividades tienen un peso
creciente los aspectos visuales.
En este orden de ideas, el alumbrado de un local o instalación deberá evitar la aparición de
cansancio, aburrimiento, monotonía, etc. Asimismo, el alumbrado deberá contribuir a la
armonía visual que genere agrado y satisfacción. Por otro lado, no causará incomodidades,
debido a la aparición de deslumbramiento molesto, emisión molesta de calor por las
fuentes de luz y otros aspectos pocos positivos.
La satisfacción por el alumbrado de las exigencias ambientales conlleva, en líneas generales, un adecuado
control de la luz, la iluminación de las paredes del local, una sensación agradable por el color de la luz, etc.
a. 2. TIPOS DE LÁMPARAS ELÉCTRICAS PARA LA INDUSTRIA
Son fuentes luminosas artificiales. A continuación se exponen los tipos de las lámparas o
fuentes alimentadas con energía eléctrica, que pueden tener aplicación en los locales que
se trate de iluminar o mejorar la iluminación existente.
2.1 LÁMPARAS INCANDESCENTES
En este tipo de lámparas, la luz se produce como consecuencia de la elevación de la temperatura en un
cuerpo metálico (filamento).
Se pueden conectar directamente a la red, sin necesidad de ningún accesorio eléctrico.
Las lámparas incandescentes normales se caracterizan por la gran proliferación de sub tipos, el fácil control
de la luz por su reducido tamaño, el color adecuado, su baja eficacia luminosa y elevada luminosidad. El
flujo emitido puede regularse mediante equipos electrónicos adecuados, conservando una elevada eficacia
(aprox. 65%)
Sus características técnicas principales iniciales son, entre otros:
- Potencias : 25, 50, 100, 150, 200, 500 y 1,000 W
- Flujos luminosos : Para las potencias enumeradas, pueden considerarse como valores mínimos para el caso de ampollas claras los siguientes:
220, 600, 1,250, 2,000, 2,900, 8,300 y 18,000 Lúmenes
- Vida media de un lote : Aproximadamente 1,000 h.
- Reducción del flujo
2.2 LÁMPARAS INCANDESCENTES HALÓGENAS
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
228
En estas lámparas, llamadas frecuentemente de cuarzo-yodo, se logran mejorar la conservación del flujo
emitido, la vida media y el color de las lámparas incandescentes de uso normal.
En contraposición tienen el inconveniente de la elevada temperatura (500oC) que puede alcanzarse en la
superficie exterior del tubo; también resulta desfavorable su elevada luminosidad y el montaje obligado en
posición horizontal, salvo que se emplee el modelo de doble envoltura. Al igual que las lámparas
incandescentes normales, su flujo puede regularse mediante dispositivos atenuadores.
2.3 LÁMPARAS FLUORESCENTES
En las lámparas de este tipo, una variedad de las lámparas de descarga a baja presión, la luz se emite por
sustancias que cubren su interior al llegarles radiación ultravioleta, que produce la descarga en vapor de
mercurio a baja presión. Son regulables mediante equipos electrónicos, conservándose un rendimiento
aceptable (65%).
La forma usual de las lámparas fluorescentes es tubular y circular.
Como características básicas enumerarán las siguientes:
- Por el tipo de encendido.- El de precalentamiento (mediante el llamado cebador o arrancador de la
lámpara), el de encendido rápido y las de encendido instantáneo.
- Por su color.- Existen del color blanco cálido, blanco frío, luz día.
- Eficacia luminosa.- Dada la variedad de tipos existentes son muy variables, entre 50 y 85 lm/W.
- Vida Media.- Depende mucho del tipo (y de la forma de su utilización), variando entre 4,000 y 20,000
h.
- En cuanto a las condiciones de utilización cabe destacar las siguientes:
- El número y tipo de encendidos influye decisivamente en la vida de los fluorescentes.
- Los consumos en los aparatos auxiliares pueden estimarse en un campo de variación de alrededor al 10
% del consumo en el fluorescente.
- Las variaciones en la tensión del suministro los afectan reduciendo el flujo luminoso emitido. Si existe
riesgo de estos defectos se deben elegir balastos adecuados (autoestabilizadores) que atenuarían esta
disminución y al mismo tiempo mejorarían la vida y las condiciones de encendido.
2.4 LÁMPARAS DE ALTA INTENSIDAD DE DESCARGA
En este tipo de lámparas, la alta intensidad de la luz se produce al excitar un gas, un vapor o la mezcla de
ambos, contenidos en un tubo a alta presión.
Para conectarlas a la red deberán, dada la característica negativa de la descarga, intercalarse siempre los
aparatos eléctricos correspondientes, como balastos o reactancias (bobinas de inductancia), o
autotransformadores de fugas magnéticas, arrancadores o ignitores, condensadores, etc.
2.5 LÁMPARAS DE VAPOR DE MERCURIO
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
229
En las lámparas de vapor de mercurio la radiación emitida en un tubo por la descarga en vapor de mercurio
a alta presión se corrige con un recubrimiento fluorescente en el interior de la ampolla. Su color es
aceptable aunque su economicidad no es muy buena.
Las lámparas de vapor de mercurio se caracterizan por:
- Potencias : 50, 80, 125, 250, 400, 700, 1,000 y 2,000 W
- Eficacia luminosa : Están en función a las características del fabricante, de manera referencial
se puede indicar valores entre 40 y 60 lm/W, según el orden creciente de las
potencias.
- La vida útil de un lote representativo de lámparas puede fijarse entre las 9,000 y 14,000h.
- Para que emita todo el flujo hace falta que transcurra unos 6 seg. a partir de la conexión, a no ser que
haya sido desconectado poco antes, en cuyo caso son precisos unos 10 minutos.
2.6 LÁMPARAS DE HALOGENUROS METÁLICOS
Son lámparas de mercurio a las que se añaden ciertos halogenuros metálicos de tierras raras (yoduros de
indio, disprosio, talio, sodio, holmio, tulio, europio). Tanto su economicidad como su color son excelentes.
Además de tener la ampolla una forma tubular y ovoide, este tipo de lámparas se caracteriza por lo siguiente:
- Potencias : 175, 250, 360, 400 W
- Rendimiento Luminoso : Entre 68 y más de 100 lm/W
- Luminancia media : 700 cd/m2
- Vida media : La duración de un lote significativo de lámparas oscila entre
15,000 y 20,000 h.
Existen lámparas para sustituir a las de incandescencia, compactas, roscadas y con equipo auxiliar electrónico
incorporado cuyas potencias son de 15 W, 30 W y 45 W.
2.7 LÁMPARAS DE SODIO DE BAJA PRESIÓN
En este tipo de lámparas la luz se produce en gran cantidad por descarga en vapor de sodio a baja presión.
Dada su deficientísima reproducción del color, generalmente solo se emplea cuando nos sea necesaria la
reproducción cromática. La regulación de su flujo es posible, aunque presenta problemas.
Se caracterizan por ciertas condiciones, como las siguientes:
- Potencias : Se dispone de lámparas de 18, 35, 55, 90, 135, y 180 W.
- Eficacia luminosa : Están en función a las características del fabricante, de manera referencial se puede indicar valores entre 125 y 185 lm/W, según el orden creciente de las potencias.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
230
- Consumo incluyendo equipos auxiliares: se pueden considerar entre 100 y 150 lm/W.
- La vida útil de un lote representativo de lámparas es de 9,000 h.
- Permiten la regulación de la emisión luminosa conservando un alto rendimiento.
2.8 LÁMPARAS DE SODIO DE ALTA PRESIÓN
La luz generada por estas lámparas se realiza por descarga eléctrica en vapor de sodio a lata presión. Son
lámparas de gran economicidad, aunque con deficiente reproducción del color.
Además de tener la ampolla una forma tubular y ovoide, este tipo de lámparas se caracteriza por lo
siguiente:
- Potencias : 70, 150, 250, 400, 1000 W
- Rendimiento Luminoso : Entre 90 y 130 lm/W
- Luminancia media : 500 cd/m2
- Vida media : La duración de una emisión aceptable de flujo es de unas 10,000 h
para las bajas potencias y alcanza más 20,000 h, para las de
potencia elevada.
Dentro de las distintas lámparas enumeradas se puede concluir que las lámparas de vapor de sodio de alta
presión son las que proporcionan mejores expectativas para el alumbrado industrial. Solamente cuando el
color sea una exigencia básica, deberá recurrirse a las lámparas de halogenuros metálicos.
3. TIPOS DE LÁMPARAS PARA EL COMERCIO Y VIVIENDAS
Para el alumbrado comercial y residencial, actualmente existen en el mercado nuevos tipos de lámparas que
permiten sustituir a las lámparas incandescentes y en algunos casos a las lámparas fluorescentes, además por
tener un mayor tiempo de vida útil y un menor consumo de energía.
3.1 MINI FLUORESCENTES COMPACTOS O FOCOS AHORRADORES
Son lámparas sustitutivas de las incandescentes. Constan de un tubo fluorescente que se enrolla para reducir el tamaño incorporado y un casquillo normal (E 27) que permite efectuar el cambio sin la menor dificultad. Los Focos Ahorradores se fabrican en potencias de 11,
20, 23 y 50 W de potencia.
Esta serie de lámparas fluorescentes compactas estan dotadas con un arrancador y reactancias. En luminarias interiores y exteriores de
prolongado uso, estas lámparas ayudan a ahorrar considerablemente los gastos de servicio.
Las ventajas esenciales son:
- Clara como una lámpara incandescente de 50, 75 y 100 W.
-
- Luz cálida y agradable como la lámpara incandescente.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
231
- Reproducción cromática excelente.
- Usan el casquillo nominal E 27 igual que las lámparas incandescentes normales.
- Este tipo de lámparas ofrecen un alto rendimiento, bajo costo y consumo, hasta 5
veces menos energía que una lámpara incandescente normal y además dando mejor
luz.
- La duración promedio de este tipo de lámparas, según los fabricantes, es de los años.
Estas lámparas tienen una vida útil aproximada de 10,000 horas.
4. ASPECTOS IMPORTANTES DEL ALUMBRADO COMO PARTE
INTEGRANTE DE UNA AUDITORÍA ENERGÉTICA
4.1 LA TENSIÓN DEL SUMINISTRO
A. Incidencia sobre la eficacia
Todas las lámparas se ven afectadas, en su eficacia y en el flujo emitido, por la tensión de
suministro de la energía eléctrica. Por ejemplo una lámpara de incandescencia
subtensionada un l0 % emite el 70 % de su flujo luminoso inicial, reduciéndose su eficacia
al 80 %. Algo similar ocurre con las lámparas de descarga, con incidencia variable según
sus tipos y las características de sus accesorios; así, por ejemplo, en el caso de una lámpara
de vapor de mercurio, el flujo emitido se reducirá un 20% si la tensión del suministro
eléctrico es el 90% de la nominal, si se utiliza un buen balasto inductivo, o un 2 % si este
es del tipo regulador.
La sección de los conductores influyen en la caída de tensión que se ocasiona a lo largo de
un circuito; si se tiene unas dimensiones inadecuadas (sub dimen-sionamiento inicial,
incremento de las cargas conectadas sobre las previsiones realizadas, etc.) la tensión del
suministro eléctrico a las lámparas o accesorios podrá ser tan baja que resulte inadmisible
desde el punto de vista económico, dada su incidencia negativa sobre la eficacia de las
fuentes de luz.
B. Incidencia sobre la calidad
Las características de las lámparas, cuando éstas funcionan subtensionadas, se ven
afectadas en muchos aspectos que inciden en la calidad de la iluminación; básicamente, en
el flujo que emiten y en el color de la luz que proporcionan. Por consiguiente, si el circuito
al que se conecta una lámpara está subdimensionada y, por consiguiente, la tensión de
suministro de energía eléctrica es menor que la nominal, la calidad de la iluminación puede
ser muy inferior a lo previsto o deseado.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
232
El color de la luz emitida por las lámparas de incandescencia depende de la tensión de la
corriente eléctrica a la que se conecta, pues es función de la temperatura que alcanza el
filamento. Así, por ejemplo, una lámpara de incandescencia de una eficacia de 20 años
conectada a su tensión nominal emite una luz con una temperatura de color muy cerca a los
3,000ºK, mientras que si aquella se reduce en 10%, dicha temperatura descenderá por
debajo de los 2,900ºK. Algo similar ocurre con las lámparas de descarga (tubos
fluorescentes y lamparas de alta intensidad de descarga), pues el color de la luz que emiten
varia con la presión de los gases dentro de las lámparas o tubos de descarga que, a su vez,
depende, entre otros factores de las características constructivas y condiciones de empleo,
de la tensión de la corriente a la que se conecta. Esta variación de color, sobre todo en las
lámparas de halogenuros metálicos, cuyo uso viene determinado con frecuencia por su
elevado índice de rendimiento en color, aconseja en muchos casos, la utilización de
balastos autoreguladores.
Por todo lo indicado, se comprende la importancia de conectar las lámparas, o sus
accesorios, a la tensión nominal y, de ahí, la trascendencia de que las caídas de tensión en
los conductores que las alimentan sean los mínimos compatibles con la economicidad de la
red eléctrica.
C. Incidencia sobre el funcionamiento
Si las lámparas de descarga funcionan subtensionadas, muchas de las características que
influyen en el costo de la iluminación se ven afectadas negativamente y, por consiguiente,
cuando la sección de los conductores no está bien dimensionada, la economicidad de la
instalación de alumbrado será inferior a lo que sería posible o deseable.
Lógicamente, ello afecta a las instalaciones realizadas con todo tipo de lámparas, da la
influencia de la tensión a que se conectan sobre su eficacia; pero, en el caso de lámparas de
descarga, ello afecta a otros factores que condicionan la economicidad de su uso como, por
ejemplo, a su duración, a las características de la curva de mortalidad, etc. Se incrementa
así el costo del reemplazo de lámparas, uno de los de mayor peso en el gasto ocasionado
por la conservación de la instalación.
Si, como consecuencia de posibles fluctuaciones en la tensión de la corriente eléctrica
suministrada, cuyo valor mínimo puede verse reducido aun más por su
subdimensionamiento de los circuitos de alimentación, las lámparas de descarga llegan a
apagarse y posteriormente a encenderse, ello incidirá muy desfavorablemente sobre la
calidad de servicio del alumbrado y, si este proceso se repite, la duración de la fuente de
luz podría verse afectada.
Cuando la lámpara de descarga arranca con tensiones inferiores a la nominal, se desprende
más material, acortándose su vida; ello, que no solo afecta a la duración de la lámpara sino
también a la depreciación del flujo que emite a lo largo de su utilización, puede modificar
decisoriamente la curva de mortalidad, impidiendo que pueda usarse con validez para
efectuar el programa de mantenimiento.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
233
4.2 ANÁLISIS DE LA ILUMINACIÓN
Fig. II.1.1 Iluminación
A. Tipos de iluminación
Iluminación General
Iluminación Centralizada (Focalizada)
Iluminación Combinada
B. Selección de parámetros que inciden en la actuación visual
Se van a establecer aquellos parámetros de la iluminación que condicionan la actuación visual de la
persona y, por tanto, inciden en la seguridad y productividad con que se realizarán las tareas laborales, y
se determinará su valor para satisfacer los objetivos deseados.
Como parámetros básicos para la cuantificacion del servicio, en su caso, se emplearán la luminancia, su
uniformidad, el deslumbramiento y, en su caso, el color de la luz. Estas magnitudes se refieren, en
general, al alumbrado artificial, ya que la luz diurna no será suficiente durante toda la jornada laboral,
salvo en casos muy excepcionales.
C. Niveles de iluminancia y uniformidad recomendables
Para fijar la banda de iluminaciones se utilizará el siguiente cuadro de iluminancias recomendadas para
Interiores.
Ciertamente, existen métodos para que se puedan fijar valores de la iluminancia de mayor validez. Uno
de los más recientes consiste en estudiar la tarea o las tareas que se van a efectuar en los distintos
puestos de trabajo y medir en ellos el contraste equivalente de la tarea. Una vez determinado el
1 m 2
1 lux
1 lumen
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
234
contraste equivalente puede pasar a establecerse, empleando el cuadro de categorías de iluminancia, y
determinar la iluminancia que deberá alcanzarse para lograr una actuación visual que garantice la
realización segura, exacta y rápida de los trabajos laborales.
Tabla II.1.1 Iluminancias recomendadas para interiores (I.E.C., 1975)
Intervalo Iluminancia recomendada (lx) Clase de actividad
A.- Iluminación general en zonas
pocos frecuentadas o que
tienen necesidades visuales
sencillas
20
30
50
75
100
150
200
Zonas públicas con alrededores
oscuros.
Unicamente como simple
orientación en vistas de corta
duración.
Lugares no destinados para trabajo
contínuo.
B.- Iluminación general para
trabajo en interiores
300
500
750
1000
1500
2000
3000
Tareas con necesidad visual
limitadas (maquinarias pesadas,
salas de conferencias).
Tareas con necesidad visual normal
(maquinarias media, oficinas).
Tareas con necesidad visual especial
(grabado, inspección textil).
Tareas prolongadas que requieren
precisión (electrónica, relojería).
C.- Iluminación adicional en
tareas visuales exactas
5000
7500
10000
15000
20000
Tareas visuales excepcionalmente
exactas (montaje microelectrónico).
Tareas visuales muy especiales
(operaciones quirúrgicas).
Tabla II.1.2 Categorías de iluminancia según los valores del contraste equivalente de la tarea visual
Contraste Equivalente G(-) Categoría de Iluminancia
0.75 - 1.00 D
0.62 - 0.75 E
0.50 - 0.62 F
0.40 - 0.50 G
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
235
0.30 - 0.40 H
0.30 I
D. Comparación entre las iluminancias existentes y recomendadas
Un método muy práctico para contrastar las iluminancias que se tengan en un local respecto a las
recomendadas por las normas, consiste en realizar los siguientes pasos empleando una planta del local
donde tienen lugar las actividades industriales.
Se empieza por asignar a las zonas en que se realizan los distintos trabajos, las iluminancias determinadas
anteriormente, en función de la dificultad visual de las mismas.
Se estudia la posibilidad de agrupar las áreas donde se realizan tareas de similar dificultad; también se
intentará situar, dentro de lo posible, los puestos de trabajo en los que se realizan las tareas más exigentes
en la zona en que existe la luz natural; si la iluminancia determinada es elevada, superior a 500 lux, se
estudiará la posibilidad de dotar al puesto de trabajo de un alumbrado localizado.
Se procede a reajustar las distintas iluminancias, para lograr una uniformidad aceptable entre las zonas
inmediatas, es decir, que los saltos entre las iluminancias medias de dos zonas contiguas no sean superiores
a 3:1.
Se medirán las iluminancias colocando la célula del luxómetro sobre la tarea; normalmente para la mayoría
de las tareas el luxómetro se situará horizontal y a una altura sobre el suelo de unos 80 cm. La medición se
hará como mínimo, en el caso usual de luminaria distribuidas simétricamente, en los puntos indicados. Se
suman los 9 valores obtenidos de la iluminancia, se divide por 9 y el resultado es el valor que se tomará
como el de iluminancia media. Se divide el menor de los 9 valores obtenidos por la iluminancia media
calculada, y el resultado se toma como coeficiente de uniformidad.
Se pasan a una planta, a ser posible en papel transparente, los valores medidos de iluminancia y el plano se
superpone sobre la distribución de iluminancias recomendables.
E. Deslumbramiento reflejado
Si se comprueba la aparición de deslumbramiento reflejado, es necesario adoptar medidas para atenuar las
causas que lo producen, como son las que siguen:
Modificar las posiciones relativas del equipo de alumbrado y el puesto de trabajo, de forma que, en la zona
ofensiva, no quede situada ninguna luminaria.
Si la anterior modificación no es posible, pueden reemplazarse las luminarias en servicio por otras cuya
distribución sea la adecuada, tipo “ala de murciélago”, para reducir el deslumbramiento a límites
aceptables; o bien, aumentar la luz incidente sobre el puesto de trabajo, pero que proceda de luminarias
situadas fuera de la zona ofensiva.
En ciertos casos, modificar las superficies especulares o semiespeculares de las tareas
haciéndolas mates, con lo que se eliminan o reducen a valores aceptables las reflexiones de
velillo.
F. Color de la luz para la tarea
Para la mayoría de las tareas visuales que se realizan en la industria, el color de la luz no tiene ningún efecto
significativo sobre la agudeza visual. Sin embargo, cuando la discriminación o la comparación de colores son
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
236
parte importante del proceso laboral, el color de la luz, básicamente el índice de rendimiento en color, de la
fuente luminosa, debe ser escogido adecuadamente. Por ejemplo, en la industria de artes gráficas es
conveniente, incluso necesario, que las lámparas que se utilicen tengan un índice de rendimiento en color de
90; y sin llegar a una exigencia tan crítica, otras muchas industrias alimentarias, textiles, etcétera, requieren
también que la luz bajo la cual se efectúa; permita una aceptable discriminación de los colores, lo cual exige
que tenga un índice de rendimiento en color del orden de 80.
Como la mayoría de las lámparas que proporcionan luz con un índice elevado de rendimiento en color tienen
una eficacia inferior a aquellas que lo tienen bajo, la fijación del índice es una decisión importante para lograr
economías energéticas.
G. Satisfacción de exigencias luminosas ambientales
Será necesario analizar, a continuación, si el alumbrado contribuye a crear un ambiente
luminoso del local, que proporcione sensaciones de agrado y bienestar de los usuarios, ya
que ello es una exigencia social e influye, además, en las motivaciones laborales y en la
productividad. Lógicamente, la contribución del alumbrado a la creación ambiental
influye también en la eficacia del alumbrado. Veamos la forma de analizar el
cumplimiento de las existencias cualitativas del ambiente.
H. Comprobación de la distribución de luminancias
Dadas las dificultades para la medición directa de las luminancias (claridades) de la tarea, de sus alrededores,
de las paredes y del techo, es más práctico, hoy, medir sus reflectancias y las iluminancias que proporciona
el alumbrado.
Las luminancias se medirán con el luxómetro y se compararán con las que se recomiendan.
Si estos valores no se encuentran dentro de los valores recomendados, pueden tomarse normalmente, las
medidas que se indican a continuación.
Modificar la reflectancia de las paredes, techos o suelos, a fin de satisfacer los valores recomendados.
Si, por otro motivo, fuese aconsejable reemplazar o sustituir las luminarias en servicio, se escogerán aquellas
cuya distribución fotométrica permita alcanzar los valores recomendados.
Si ello no es aceptable, puede incrementarse la reflectancia de las paredes y techos para compensar, hasta
donde sea posible, una menor iluminancia sobre dichas superficies.
Instalar algunas luminarias que permitan, con las actuales en servicio, satisfacer las exigencias consideradas
como aceptables.
I. Comprobación del deslumbramiento directo
Se comprobará si las luminancias de las luminarias existentes quedan dentro de los valores límites.
Se comienza a medir a qué altura sobre el ojo del trabajador están instaladas las luminarias. En la siguiente
figura puede verse la forma de establecer dicha distancia “h”, en los casos más normales de un trabajador
levantado y sentado.
Se pasa a deducir los valores aplicables del ángulo de elevación , en que ha de medirse la luminancia.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
237
Se pasa a comprobar si se cumplen los valores límites de luminancia de las luminarias o
lámparas desnudas. En el caso de no contarse con los datos necesarios por no
suministrarlos el fabricante, podrían efectuarse las mediciones de la distribución
fotométrica que proporcionan las luminarias en servicio en un laboratorio de garantía.
J. Factores de reflexión y Transmisión
Tabla II.1.3
Estuco blanco (nuevo, seco) 0.70 - 0.80
Estuco blanco (viejo) 0.30-0.60
Acuarela blanca 0.65-0.75
Olco Blanco 0.75-0.85
Pintura de aluminio 0.60-0.75
Hormigón (nuevo) 0.40-0.50
Hormigón (viejo) 0.05-0.15
Ladrillo (nuevo) 0.10-0.30
Ladrillo (viejo) 0.05-0.15
Tablero de fibra de madera (crema, nueva) 0.50-0.60
Tablero de fibra de madera (crema, vieja) 0.30-0.40
Madera clara de abedul y arco 0.55-0.65
Madera de roble, laqueada en claro 0.40-0.50
Madera de roble, laqueada en oscuro 0.15-0.40
Madera de caoba o nogal 0.15-0.40
Cortinas amarillas 0.30-0.45
Cortinas rojas 0.10-0.20
Cortinas azules 0.10-0.20
Cortinas de color gris plata 0.13-0.25
Cortinas de color marrón oscuro 0.10-0.20
Terciopelo negro 0.005- 0.01
"Reflectal" 0.95-0.98
Plata pulida 0.88-0.93
Esmalte blanco 0.65-0.75
Níquel pulido 0.53-0.63
Níquel mate 0.48-0.52
Aluminio pulido 0.65-0.75
Aluminio mate 0.55-0.60
Aluminio "Alzac" 0.80-0.85
Cobre 0.48-0.50
Cromo pulido 0.60-0,70
Cromo mate 0.52-0.55
Hojalata 0.68-0.70
Fuente: Ahorro de Energía en Sistemas Eléctricos - ICAITI
Tabla II.1.4
Color Claro Medio Oscuro
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
238
Amarillo 0,70 0,50 0,30
Beige 0,65 0,45 0,25
Marrón 0,50 0,25 0,08
Rojo 0,35 0,20 0,10
Verde 0,60 0,30 0,12
Azul 0,50 0,20 0,05
Gris 0,60 0,35 0,20
Blanco 0,80 0,70
Negro 0,04 Fuente: Ahorro de Energía en Sistemas Eléctricos - ICAITI
K. Factor de Transmisión de algunos materiales
Tabla II.1.5
Cristal claro 0.90-0.93
Cristal mate 0.55-0.65
Cristal de prisma 0.65-0.75
Cristal opalino 0.59-0.84
Vidrio lechoso 0.10-0.38
Cristal con capa opalina 0.35-0.65
Seda blanca 0.60-0.70
Seda de color 0.15-0.55
Pantalla de seda con forro blanca 0.05-0.35
Papel apergaminado 0.40-0.45 Fuente: Ahorro de Energía en Sistemas Eléctricos - ICAITI
5. CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS DE ILUMINACION
5.1 TIPOS DE LÁMPARAS ELÉCTRICAS
Tipo Potencias
Flujo
Luminoso/Eficacia
Luminosa
Observación Vida Media de
un Lote
Lámparas
incandescentes
25, 50, 100,
150, 200, 500 y
1,000 W
220, 600, 1,250, 2,000,
2,900, 8,300 y 18,000
Lúmenes
Se pueden conectar
directamente a la red, sin
necesidad de ningún accesorio
eléctrico.
Aprox. 1000 h.
Lámparas
Fluorescentes
20, 32, 40, 80 W 1000, 2000, 5600
lúmenes
Forma tubular y circular.
Existen del color Blanco
cálido, blanco frío, luz día.
El número y tipo de
encendidos influye
decisivamente en la vida de los
fluorescentes.
Entre 4,000 y,
20000 h.
Lámparas de
Vapor de
Mercurio
50, 80, 125,
250, 400, 700,
1,000 y 2,000 W
Eficacia luminosa:
Entre 40 y 60 lm/W,
según el orden
creciente de las
potencias.
Para que emita todo el flujo
hace falta que transcurran unos
6 seg. a partir de la conexión
Entre las 9,000 y
14,000 h.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
239
Lámparas de
Halogenuros
metálicos
175, 250, 360,
400 W
Rendimiento
Luminoso: Entre 68 y
más de 100 lm/W
Son lámparas de mercurio a las
que se añaden ciertos
halogenuros metálicos
Entre 15,000 y
20,000 h.
Lámparas de
Sodio de Baja
Presión
18, 35, 55, 90,
135, y 180 W.
Eficacia luminosa:125
y 185 lm/W, según el
orden creciente de las
potencias; incluyendo
equipos auxiliares: se
considera entre 100 y
150 lm/W.
Permiten la regulación de la
emisión luminosa conservando
un alto rendimiento.
Aprox. 9,000 h.
Tipo Potencias
Flujo
Luminoso/Eficacia
Luminosa
Observación Vida Media de
un lote
Lámparas de
sodio de Alta
Presión
70, 150, 250,
400, 1000 W
Rendimiento
Luminoso: Entre 90 y
130 lm/W
Son las que proporcionan
mejores expectativas para el
alumbrado industrial.
Solamente cuando el color sea
una exigencia básica, deberá
recurrirse a las lámparas de
halogenuros metálicos.
Duración de
10,000 h para
bajas potencias y
más de 20,000 h,
para potencias
elevadas.
Lámparas
Compactas
7, 11, 20, 23 y
40 W .
800, 1000, 1250
lúmenes
Son lámparas sustitutivas de
las incandescentes. Constan de
un tubo fluorescente que se
enrolla para reducir el tamaño
incor-porado y un casquillo
normal (E 27).
Aprox. 8,000
horas.
Mini
Fluorescentes
Compactos
15, 20, 23 y 40
W .
900, 1200, 1500
lúmenes
Esta es una nueva serie de
lámparas fluorescentes com-
pactas, dotadas con un
arrancador y reactancia incor-
porados. Tienen un casquillo E
27, las lámparas
incandescentes usuales se
pueden cambiar sin la menor
dificultad.
Tienen una vida
útil aproximada
de 8,000 horas
dependiendo de
la marca.
5.2. LUMINARIAS
Es el aparato que sirve para repartir, filtrar o transformar la luz de las lámparas, y que incluye todas las piezas
necesarias para fijarlas y protegerlas y para conectarlas al circuito de alimentación.
Con las componentes ópticas de las luminarias se trata de disminuir la luminosidad (luminancia) de las
lámparas y de redistribuir la luz de forma más conveniente para la iluminación deseada, conservando un
elevado rendimiento luminoso.
Las luminarias se clasifican según la distribución del flujo luminoso, así se tiene luminarias de tipo directo,
semidirecto, general difusa, directa-indirecta, semi-indirecta e indirecta.
Como características constructivas más importantes se señalan las siguientes:
- Distribución luminosa y reparto de flujo.- Este dato fotométrico proporciona la intensidad luminosa
(en candelas) emitida por la lámpara en cierto número de direcciones con una serie de intervalos de
ángulos. Estos valores se dan generalmente para una emisión unitaria (1,000 lm) de flujo luminoso.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
240
- Luminancias límites.- Para apreciar la luminosidad de una luminaria para tubos fluorescentes es
necesario conocer la luminancia (en candelas por metro cuadrado cd/m2), con que se ve en ángulos
elevados (45º y generalmente 55º, 65º, 75º y 85º) respecto al nadir (vertical descendente)
- Apantallamiento.- El ángulo crítico por encima del cual puede provocarse deslumbramiento directo es
de 45ºC con la vertical descendente.
- Envejecimiento irrecuperable.- Los componentes de la luminaria sufren a lo largo de su utilización
unas pérdidas permanentes, no recuperables mediante operaciones de mantenimiento.
En el caso de reflectores, las superficies con acabados especulares envejecen más lentamente que las que
tiene acabados mates.
Entre las características de uso de las luminarias a aplicar en el momento de su empleo se tienen:
- Utilización.- La utilización es la relación (en %) entre el flujo luminoso que llega aun plano de trabajo
considerado y el flujo que sale de la luminaria.
- Factor de utilización.- Es la relación (en % ) entre el flujo luminoso que llega a un plano de trabajo
determinado y el flujo luminoso que emiten la o las lámparas funcionando desnudas. Equivale al
producto de la utilización y el rendimiento de la luminaria.
Además se tienen otras características eléctricas como el grado de protección, resistencia física, resistencia al
calor.
32. 5.3 LÁMPARAS
33.
34. A. FLUORESCENTE
Pines Bulbo Fósforo Cátodo Tubo de vacío
Mercurio Gas
Base
Fig. II.2.2.
35.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
241
36. B. LÁMPARA DE DESCARGA EN GAS
B.1 Halógena
Fig. II.2.3.
B.2 Lámpara de sodio de alta presión
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
242
Fig. II.2.4.
B.3 Lámpara de sodio de baja presión
Fig. II.2.5.
B.4 Lámpara de Mercurio
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
243
Fig. II.2.6.
5.4 MODELO DE EFICIENCIA EN ILUMINACIÓN
Fig. II.2.7.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
244
5.5. BALANCE DE ENERGÍA
A. Lámpara incandescente
B. Lámpara fluorescente
37. C. LÁMPARA DE HALURO METÁLICO
POTENCIA DE
ENTRADA
(100%)
PÉRDIDAS NO
RADIACTIVAS
(18%)
RADIACIÓN
(82%)
PÉRDIDAS DE
POTENCIA
(18%)
RADIACIÓN
VISIBLE
(10%)
RADIACIÓN
INFRARROJA
(72%)
POTENCIA DE
ENTRADA
(100%)
PÉRDIDAS NO
RADIACTIVAS
(38%)
DESCARGA DE
RADIACIÓN
(60%)
PÉRDIDA DE
POTENCIA
(42%)
RADIACIÓN
INFRARROJA
(36%)
RADIACIÓN
VISIBLE
(22%)
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
245
38.
39.
40. D. LÁMPARA DE ALTA PRESIÓN DE SODIO
PÉRDIDAS EN
POTENCIA
(51.2%)
PÉRDIDAS EN
LOS
ELECTRODOS
(9%)
RADIACIÓN
VISIBLE
(24.3%)
RADIACIÓN
INFRARROJA
(24.5%)
PÉRDIDAS NO
RADIACTIVAS
(38.5%)
POTENCIA EN
EL ARCO
(91%)
POTENCIA DE
ENTRADA
(100%)
DESCARGA DE
RADIACIÓN
(52.5%)
RADIACIÓN
ULTRAVIOLETA
(3.7%)
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
246
41. 5.6 ESQUEMA RECOMENDABLE DE ALUMBRADO EN INTERIORES
42. A. ESQUEMA DE ILUMINACIÓN COMBINANDO FOCOS CONCENTRADORES Y DIFUSORES
PÉRDIDAS EN
POTENCIA
(50.5%)
PÉRDIDAS EN
LOS
ELECTRODOS
(6%)
RADIACIÓN
VISIBLE
(29.5%)
RADIACIÓN
INFRARROJA
(20%)
PÉRDIDAS NO
RADIACTIVAS
(44%)
POTENCIA EN
EL ARCO
(94%)
POTENCIA DE
ENTRADA
(100%)
DESCARGA DE
RADIACIÓN
(50%)
RADIACIÓN
ULTRAVIOLETA
(0.5%)
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
247
43.
44. B. ESQUEMA DE ILUMINACIÓN CON FOCOS DIFUSORES
6. DISEÑO DE ILUMINACIÓN INDUSTRIAL
- Existe una relación entre la calidad de los productos profesionales y la calidad de las
instalaciones de producción
- La experiencia demuestra que una buena iluminación en las fábricas y talleres es una
manera muy eficaz de incrementar tanto la productividad como la calidad.
- Una buena iluminación aumenta el confort y la seguridad del trabajador , reduce el nivel de errores y
estimula al personal a mejorar su rendimiento.
- En tal sentido es relevante la cuestión de elección de lámpara y el diseño de iluminación.
6.1 TIPOS DE ILUMINACIÓN
A. Iluminación general .- Provee un nivel de iluminación uniforme en toda el área de la nave industrial. Se
determina principalmente por la altura disponible para el montaje de las luminarias:
- Áreas de altura baja (hasta aprox. 7 m): se selecciona usualmente fluorescentes tubulares.
- Áreas de altura media (aprox. de 7 a 12 m): fluorescentes tubulares ó lámparas de descarga de alta
intensidad de fuente puntual.
- Áreas altas (por encima de 12 m): fuentes de luz puntuales.
B. Iluminación localizada .- Provee un nivel de iluminación específica en el puesto de
trabajo.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
248
6.2. EL REFLECTOR ÓPTICO ESPECULAR
- Son superficies brillantes de aluminio anodizado.
- Permite reflejar el 90% del flujo luminoso total de la lámpara, lo que permite que una sola lámpara ilumine
como dos.
- La inversión realizada se recupera en 6 meses.
Costo del Consumo de Energía de Lámpara
Fluorescente vs. Costo del Reflelux
- Consumo en W de lámpara + balasto 50 W
- Horas de uso promedio mensual 225 h
- Consumo de energía en kWh/mes 11.25 kWh
- Costo del kWh US$ 0.10
- Costo por consumo de energía mes US$ 1.125
- Costo del Reflelux US$ 7
- Tiempo de recuperación de la inversión 6 meses
6.3 SIETE PUNTOS CLAVE PARA UNA BUENA ILUMINACIÓN INDUSTRIAL
- LUZ SUFICIENTE , tener niveles adecuados de luz, según la naturaleza de la tarea visual. Mayores
necesidades por: probabilidad de cometer errores es menor, motivos de seguridad, edad del trabajador.
- ILUMINACION UNIFORME, una iluminación general con un alto grado de uniformidad, garantiza total
libertad a la hora de situar la maquinaria y los bancos de trabajo. (en cualquier punto 200 lux)
- BUENA ILUMINACIÓN VERTICAL, en ciertos trabajos la tarea visual está localizada en el plano vertical.
Se puede recurrir a las empotradas en el techo que ofrecen una distribución asimétrica de la luz.
- FUENTES DE LUZ BIEN APANTALLADAS, en alturas de montaje bajas es fundamental, debido a que
las fuentes de luz son relativamente brillantes y producen un flujo elevado en todas direcciones. Las rejillas
proporcionan el apantallamiento en la dirección crítica.
-
- BRILLO DE EQUILIBRIO UNIFORME, una iluminación uniforme contribuye a crear una sensación de
confort.
- COLOR DE LUZ AGRADABLE, lo que se necesita es una fuente con una apariencia de color agradable y
un buen rendimiento de color.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
249
- BAJO COSTO DE MANTENIMIENTO, es tan importante como la maquinaria moderna y un personal
motivado. De instalar una iluminación buena y eficaz, es de sentido común que se obtendrá menores costos
de energía y mantenimiento.
6.4. OPTIMIZACIÓN DE LA ILUMINACIÓN
ITEM ACCIÓN CORRECTIVA PAY BACK años
1 Uso de fluorescentes T8 (36 W) en reemplazo de los
T12 (40 W) Menor a 1
2 Sustitución de lámparas incandescentes por otras
tecnologías más eficientes 1 a 1.5
3 Uso de balastos electromagnéticos de alta Eficiencia 2
4 Uso de reflectores de aluminio para retirar entre el
25 y 50% de lámparas Menor a 1
5 Control horario mediante temporizadores instalados
en los tableros generales 1.5 a 2
6 Control mediante sensores de presencia 3
7 Utilización de fotoceldas para controlar encendido
de lámparas cercanas a las ventanas 3
8 Uso de techos translúcidos 1.5 a 2
9 Luminarias y diseños nuevos Mayor a 4
6.5 BENEFICIOS ECONÓMICOS DE LA SUSTITUCIÓN DE UN FOCO INCANDESCENTE DE 100
W POR UN FOCO AHORRADOR DE 23W
Comparación de costos para 8000 h de funcionamiento
FOCO AHORRADOR FOCO INCANDESCENTE
Potencia consumida 23 WATT 100 WATT
Flujo Luminoso 1500 lumen 1500 Lumen
Vida Util 8000 horas 1000 Horas
Precio de compra de lámpara 10.00 US$ 0.5 US$
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
250
Costo de la energía por Kwh 0.10 US$ 0.10 US$
Inversión en 8000 h
Costo de energía en 8000 h
10.00 US$
18.40 US$
4 US$
80US$
COSTO TOTAL 28.40 US$ 84 US$
AHORRO TOTAL 55.60 US$
Para 5 horas de uso diario, el Período de retorno de la inversión es menor a un año
6.6 ILUMINACIÓN RECOMENDADA PARA CENTROS HOSPITALARIOS
Ambiente Nivel de Iluminación (lux)
Consulta ambulatoria E-500, 750,1000 lux
Sala de Anestesias y Cardiología E
Sala de Esterilización E
Sala de Enfermeras C-100,150,200 lux
Examen General E
Sala de Recuperación C
Unidad de Diálisis F-1,000,1,500,2,000 lux
Ascensores C
Sala de Endoscopía E
Oftalmología F
Ambiente Nivel de Iluminación (lux)
Laboratorio E
Sala de Estudios de Médicos F
Sala de Obstetricia General C
Sala de Obstetricia Local E
Sala de partos F
Sala de Recuperación E
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
251
Sala de Farmacia E
Sala de Terapia Física D-200,300,500 lx
Sala de Radiografía A-20,30, 50 lx
Sala de Terapia Radiográfica B-50,75,100 lx
Sala de Tomográfia Computarizada B
Sala de Instrumentación y Esterilización D
Fuente: Ahorro de Energía en Sistemas Eléctricos – ICAITI
7. EJEMPLO DE DISEÑO DE ALUMBRADO
En esta parte importante de iluminación trataremos el diseño del alumbrado industrial a
modo de ejemplo.
EJEMPLO:
Una nave industrial de 24 metros de largo, 12 de ancho y 7 metros de alto requiere de un
alumbrado eficaz. El nivel de iluminación requerido para la nave es de 300 lux, pero
debido al manejo de materiales no debe haber interferencia con el color.
Luminaria:
Lámpara de halógeno de descarga en gas de 400 W, la cual da un promedio de 32,500
lúmenes.
Reflector de campana con el casco de aluminio anodizado y difusor alrededor.
Local:
Area de 288 m2
El índice del local (k) es una función de sus dimensiones y se calcula con la fórmula:
1 x a
k =
h(1+a)
donde :
l = largo
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
252
a = ancho
h= altura de montaje
Entonces con los datos que se tienen, se puede calcular k:
24 x12
k = = 1,14
7(24+12)
Las paredes son de color azul claro con una reflectancia de 0.5. El techo es de color blanco
medio con una reflectancia de 0.7 (Ver Tabla II.1.5)
Coeficiente de utilización (CU):
Para deteterminar este factor se utiliza la hoja del reflector que proporciona el fabricante.
Para los valores dados corresponde el valor interpolado de 0.63.
Factor de mantenimiento (FM)
Este factor se refiere al mantenimiento que se le dará a la luminaria con respecto a su
duración. En el se pondera el funcionamiento del balasto, el voltaje aplicado, el cambio de
reflectancia, la depreciación lumínica de la lámpara, la suciedad del ambiente, etc.
Considerando un voltaje estable, en un ambiente limpio y un buen mantenimiento, se
asume que el FM será de 0.70.
Ahora bien, para saber cuál será la cantidad de lámparas que hay que instalar sólo se
necesita resolver la siguiente ecuación:
E.A.
Nº de lámparas =
CU.FM.lamp
donde:
E = Iluminación o nivel de iluminación
A = Area del local
CU = Coeficiente de utilización
FM = Factor de mantenimiento
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
253
lamp = Flujo luminoso de la lámpara
Nº de lámparas = (300 lx) (288 m2) = 6.03 = 6 lámparas por instalar
(0.63)(0.70)(32,500 lm)
Ahora debemos hacer la disposición de las lámparas para el área dada bajo las siguientes
condiciones:
a) Que las lámparas laterales no deben distar del límite del ambiente no más de 2/3 de la
distancia entre lámparas en un mismo sentido, y
b) Que la distancia entre dos lámparas vecinas no sea mayor que 1.3 de altura de montaje.
Entonces, tomando esto en cuenta, se hacen los cálculos en base a largo, pero primero se
disponen las lámparas según el número, en un orden lógico.
Entonces, se procede con el cálculo matemático:
2/3 d1 + d1+ d1 +2/3 d1 =10/3 d1 =24m
donde d1 = 7.2 m
Para el cálculo en base al ancho se considera la distancia de lámpara a pared de 1/3 de la
distancia entre ambas, entonces:
1/3 da + da + 1/3 da d~ = 10/3 d1 = 12 m
de donde da=7.2m
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
254
CAPÍTULO II.2:
EFICIENCIA ENERGÉTICA EN MOTORES ELÉCTRICOS
45. 1. TIPOS Y APLICACIONES
Los motores asíncronos (MA) son máquinas eléctricas, las cuales han tenido mayor
aplicación en la industria y artefactos electrodomésticos. Estas máquinas son los
principales convertidores de energía eléctrica en mecánica (actualmente los MA consumen
casi la mitad de la energía eléctrica generada). Su uso es, principalmente, en calidad de
mando eléctrico en la mayoría de los mecanismos, ello se justifica por la sencillez de su
fabricación, su alta confiabilidad y un alto valor de eficiencia.
Hay 2 tipos de MA; los de rotor de jaula de ardilla y los de rotor de anillos rozantes.
46. 2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
En el MA se tiene 2 devanados, uno se coloca en el estator y el otro en el rotor. Entre el
estator y rotor se tiene un entrehierro, cuya longitud se trata de, en lo posible, hacerlo
pequeño (s = 0.1 - 0.3 mm), con lo que se logra mejorar el acople magnético entre los
devanados.
Fig. II.3.1.
A v
R
S
T
V
Bobinas de
Estator
RotorEje del
Rotor
Red
Trifásica
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
255
El devanado del estator puede ser monofásico o trifásico (en caso general polifásico). En lo
sucesivo se analiza el motor trifásico, cuyas bobinas se colocan en las ranuras interiores del
estator. Las fases del devanado del estator AX, BY, CZ se conectan en tipo estrella Y o
triángulo , cuyos bornes son conectados a la red.
El devanado del rotor también es trifásico (o polifásico) y se coloca en la superficie del
cilindro. En el caso simple se une en corto circuito.
Cuando el devanado del estator es alimentado por una corriente trifásica, se induce un
campo magnético giratorio, cuya velocidad (síncrona) es:
60 f1
n1 =
p
Si el rotor está en reposo o su velocidad n nsinc, entonces el campo magnético giratorio
traspasa los conductores del devanado rotórico e inducen en ellos una f.e.m. En el gráfico
siguiente se muestra por la regla de la mano derecha, la dirección de la f.e.m. inducida en
los conductores del rotor cuando el flujo magnético gira en sentido contrario. La
componente activa de la corriente Irot se encuentra en fase con la f.e.m. inducida.
Sobre los conductores con corriente, empleados en el campo magnético, actúan fuerzas
electromagnéticas cuya dirección se determina por la regla de la mano izquierda; estas
fuerzas crean un Melmagn que arrastra al rotor tras el campo magnético. Si este Melmagn es lo
suficientemente grande entonces el rotor va a girar y su velocidad n2 va a corresponder a la
igualdad.
Melmagn est = M freno rot.
Este es el funcionamiento de la máquina en régimen de motor y es evidente en este caso.
0 n2 n1
A la diferencia de velocidades entre el campo magnético y el rotor se le llama
deslizamiento y se representa por el símbolo s.
n1 - n2
s =
n1
De donde se deduce que en el régimen de motor
0 s 1
En generador : s 0
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
256
En frenado electromagnético s 1
La principal característica de las MA es la presencia del deslizamiento s, ósea la
desigualdad de velocidades entre el campo del estator y la velocidad del rotor n2 n1.
47. 3. DIAGRAMA ENERGÉTICO DEL MOTOR ELÉCTRICO
Cuando el motor está en funcionamiento, el estator se alimenta de la red y absorbe una
potencia:
P1 = m1.V1.I1.cos1
Parte de la P1 se consume (disipa) en la resistencia R del devanado del estator ocasionando
una pérdida eléctrica Pel, así como una pérdida magnética en el campo del estator Pmag ,
deduciendo dichas componentes, al rotor se le aplica una potencia electromagnética, que se
expresa mediante la siguiente ecuación de balance energético:
Pelmag = P1 - Pel1 - Pmag
Parte de esta potencia se disipa en cubrir las pérdidas eléctricas del rotor Pel2 en su
devanado, la potencia resultante es aquella que va a ser convertida en potencia mecánica,
expresado por:
Pmec = Pelmag - Pel2
En las máquinas de anillos rozantes, además se tienen pérdidas en las escobillas de
contacto, las cuales se añades a la pérdida Pel2.
La potencia mecánica obtenida en el árbol del eje del rotor, se obtiene luego de vencer su
inercia y otras pérdidas adicionales, obteniéndose una potencia P2 :
P2 = Pmec - Pfric - Padic
Pérdidas: Pel est + Padic Pel rot Pfric + Padic
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
257
Fig. II.3.2
b. 11.1 MOTOR DE C.C. CONEXIÓN SHUNT 11.2 MOTOR ASÍNCRONO
Fig. II.3.3. Fig. II.3.4
11.3. CONEXIÓN EN CASCADA (MECÁNICA)
Eje del
MotorP1Red
Trifás ica
PElmag PmecP2
Pc
(estator)
Pc
(rotor)
P ad
Pm
Ph
E red
E útil
P exc
Pc+Ph
E red
PmE útil
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
258
Fig. II.3.5
11.4 CONEXIÓN EN CASCADA (ELÉCTRICA)
E red
Pgrupo
regulador
Eútil
Pm
E red
Pc+Ph
(estator) P grupo
regulador
Pc
(rotor)
Eútil
Pm
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
259
Fig. II.3.6
48. 4. RELACIÓN ENTRE EFICIENCIA () Y DESLIZAMIENTO (S) EN
MOTORES
Para definir la relación entre la Eficiencia y el Deslizamiento s en los motores, se analiza
la eficiencia mediante la relación:
P2 Pelmag P2
= = ( ).( ) = 12
P1 P1 Pelmag
donde 1 y 2 - eficiencias del estator y del rotor
Teniendo en cuenta:
P2 Pelmag - Pel2 - Pfric - Padic
2 = =
Pelmag Pelmag
entonces es válida la siguiente relación:
Pelmag - Pel2 1 - Pel2
2 (1 - s)
Pelmag Pelmag
Por lo tanto:
2 ( 1 - s)
Del análisis realizado se puede concluir con lo siguiente:
Para que un motor funcione en su régimen nominal con una alta eficiencia, es necesario
que en este régimen se tenga un deslizamiento s de pequeña magnitud. Por lo general snom
= 0.01 - 0.06, para ello el devanado del rotor lo diseñan de tal forma que tenga una
resistencia óhmica pequeña.
49. 5. DATOS NOMINALES DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS
Potencia, kW ó HP
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
260
Tensión de servicio, kV ó V
Frecuencia, Hz
Velocidad nominal, r.p.m.
Corriente nominal, Amp.
Corriente de arranque. Amp.
Factor de potencia, cos
Eficiencia, %
6. SISTEMA DE FUERZA
En una planta industrial, se denomina sistema de fuerza al conjunto de todos los equipos e
instalaciones que tiene por objeto realizar un trabajo mecánico y/o de producción. El equipo
eléctrico que puede realizar trabajo mecánico es el motor eléctrico, y por lo tanto son estos
equipos los principales dentro del proceso de producción. El sistema de fuerza a su vez, en
una planta es alimentado con energía desde una subestación de distribución del servicio
público de electricidad. De lo sucintamente descrito se observan la importancia de las
máquinas eléctricas en la industria.
Cabe señalar que los sistemas de refrigeración y calefacción también forman parte del sistema
de fuerza en una instalación eléctrica de tipo industrial.
En el caso de los sistemas de uso residencial - comercial, el sistema de fuerza está
conformado por los circuitos principales de iluminación, aire acondicionado y sistemas
auxiliares (bombas, ascensores, etc.)
Sólo con esta condición en el rotor se va a inducir la f.e.m. y va a surgir un momento Melmag
.funcionando.
El devanado rotor se intercepta con el flujo , originando un deslizamiento ns = n1 - n2
la fuerza de la f.e.m.
F2 = F1 S
6.1 VARIADORES DE VELOCIDAD
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
261
Fig. II.3.7
6.2 REDUCCIÓN DE NÚMERO DE BOMBAS
Fig. II.3.8
c. d.
- VARIACIÓN DE CAUDAL CON DOS MOTORES DE POTENCIAS DIFERENTES - Equipar el más grande con variador
- Parar un sistema
- Ahorro de un consumo de un motor
6.3 REDUCIR NÚMERO DE TANQUES
M
Variador de
Frecuencia
Tanque
Elevado
f1
f2
M
Rectificador Conversor de f y v
CONTROL
SET POINT
R
T
SM
C
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
262
Fig. II.3.9
- Funcionamiento intermitente de motor
- Mantener presión
- Reducción de tamaño de tanques
- Presión más uniforme en tuberías
e. 6.4 PRESCINDIR DE CONDENSADORES
Fig. II.3.10
- Sistema de bombeo con motores jaula de ardilla
- El motor requiere potencia reactiva
- Doble efecto: Regulación y compensación
Mf2
f1
f2 f
1M
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
263
7. GUÍA PRÁCTICA DE CÁLCULO: MOTORES ELÉCTRICOS (Fuente: OLADE – ICAITI)
7.1 POTENCIAS PARA MÁQUINAS
A. POTENCIA PARA EL MOTOR QUE ACCIONA UNA BOMBA
P = Q . d . h/ P- potencia en kW
Q- caudal en m3/S
d- peso específico en N/dm3
h- altura de la elevación en m
- rendimiento mecánico
B. POTENCIA PARA ELEVACIÓN DE AGUA
P = Q . h/75 P- potencia en CV
Q- caudal en m3/s
h- altura de la elevación en m
- rendimiento mecánico
C. POTENCIAS PARA MÁQUINAS DIVERSAS (Orientativas)
a) Máquinas herramientas para metales
- Torno revolver ................................................... 3 a 20
- Torno paralelo .................................................... 3 a 45
- Torno automático ............................................... 1 a 15
- Fresadora ............................................................ 1 a 25
- Rectificadora ...................................................... 1 a 30
- Martillos pilón .................................................. 10 a 100
- Cizallas ............................................................... 1 a 40
- Máquinas de cortar y roscar ............................... 1 a 20
- Taladradoras verticales ....................................... 1 a 10
- Taladradoras radiales ......................................... 10 a 40
- Mandrinadoras ................................................... 10 a 30
b) Industria de la construcción
- Hormigoneras ...................................................... 3 a 6
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
264
- Muela, perforadoras, sierras ................................ 1 a 3
- Cintas transportadoras ......................................... 2 a 5
c) Máquinas para trabajar madera
- Sierra de cinta .........…....................................…... 0.5 a 6
- Sierra circular ...................................................…...2 a 6
- Taladradoras ..................................…......................2 a 4
- Cepilladoras ...........................................................20.75
- Tornos ...................................................................1 a 15
d) Máquinas agrícolas
- Empacadoras de paja .............................................. 2 a 5
- Trilladoras ...............................................................7 a 15
- Centrifugadoras de leche .......….…........................0.5 a 3
- Elevadores de granos ...............................................1 a 3
- Elevadores de sacos ....................….........................1 a 3
- Limpiadores de grano ..............................................1 a 3
D. POTENCIA DE UN MOTOR PARA MECANISMOS DE ELEVACIÓN
P = F . v/1,000 . Potencia - potencia mínima del motor en kW
F - fuerza resistente a la marcha en N
F = m . g v - velocidad en m/s
- rendimiento mecánico
g - aceleración (9.81)
E. POTENCIA DE UN MOTOR PARA UN MECANISMO GIRATORIO
P= M . n/9,550 .
P- Potencia mínima del motor en kW
M- par de giro en Nm
n - revoluciones por min-1
F. POTENCIA DE UN MOTOR PARA EL ACCIONAMIENTO DE GRÚAS CON ACCIONAMIENTO UNILATERAL DEL CARRO
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
265
P= P1 . mg + 2 (mc + mcar) / m
P- potencia en kW
P1 - potencia mínima necesaria en kW
mg -masa de la grúa en Kg
mc - masa del carro en Kg
mcar - masa de la carga en Kg
G. POTENCIA DE UN MOTOR PARA MECÁNICO DE TRASLACIÓN
P = F . w . v/2. 9,550 .
P- potencia en kW
F- peso total en N
w- Resistencia de traslación 0.007 cojinetes de rodillo 0.020 de fricción
v- velocidad de traslación en m x min-1
- rendimiento mecánico
H. POTENCIA DE UN MOTOR PARA UN ASCENSOR
P=1/2 . f . v/1,000 .
P – potencia en kW
F- fuerza en N
v- velocidad en m/s
- rendimiento mecánico
En ascensores y montacargas, el peso de
la cabina y la mitad de la carga útil queda
compensado por el contrapeso
I. POTENCIA DE UN MOTOR PARA MECANISMOS DE ELEVACIÓN
P= F . v/1,000 .
Esta fórmula es igual a la anterior, suprimiendo 1/2 por los conceptos de peso de la cabina y la
mitad de la carga útil.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
266
J. POTENCIA ABSORBIDA POR UN VENTILADOR
P= Q . P . 9.81/1,000 .
P - potencia en kW
Q - caudal en m3 /s
P - presión en mm c.d.a. (columna de agua)
- rendimiento mecánico
K. POTENCIAS PARA MOTORES
1) Potencia necesaria en una máquina
P= M . n/9,550 . m
P = FD . v/1,000 m
P - potencia en kW
M - par de giro de la máquina en Nm
N - número de revoluciones por minuto
m - rendimiento de la máquina
F - fuerza (peso, fricción) en N
V - velocidad en m/s
2) Potencia absorbida por una motor trifásico
P1 = 3 . V . I . cos
P2 = 3 . V . I . cos/735
P3 = 3 . V . I . cos/ 1,000
P1 - en W
P2 - en CV
P3 - en kW
V – tensión nominal en V
I – intensidad nominal en A
cos - factor de potencia
3) Potencia desarrollada por un motor trifásico
P = 3 . V . I . cos. / 1,000
P- en kW
- rendimiento del motor a la potencia nominal
4) Potencia absorbida por un motor de corriente
continua
P = V . 1
P1 = V . I/1,000
P - en W
V – tensión de inducido en V
I – intensidad nominal en A
P1 - en kW
5) Potencia absorbida por un motor monofásico
de corriente alterna
P = V . I . cos
P1 = V . I . cos/ 1,000
P - en W
P1 - en kW
6) Equivalencias
ICV = 736 W (735,4987 W)
IHP = 746 W (745,6999 W), caballo de vapor
Inglés
1kW = 1,36 CV
I MW = 106 W =1,000 kW
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
267
L. VALORES MODIFICADOS PARA UN FUNCIONAMIENTO A 60 HZ
Los motores bobinados para 50 Hz pueden igualmente ser conectados a redes de 60 Hz. Las
modificaciones de velocidad, potencia y para se indican en el cuadro siguiente:
Bobinado 50
Hz V V
Velocidad
%
Potencia
%
Par nominal
%
Par arranque
%
220 255 +20 +15 -4 -3
380 440 +20 +15 -4 -3
500 600 +20 +15 -4 -3
220 220 +20 - -17 -17
380 380 +20 - -17 -17
500 500 +20 - -17 -17
Las fluctuaciones de tensión admisibles son del orden de + 5% a la potencia y frecuencia
nominales. Los motores bitensión 220/380 V dan el 100% de potencia nominal a 220 V y
alrededor del 85% a 380 V.
Intensidad absorbida. La intensidad absorbida por un motor trifásico viene dada por la
siguiente fórmula:
I = 1000 P/ √3 . V . . Cos P en kW V en voltios
Como norma general, se puede aplicar un consumo de 3 A tensiones de 220 V y motores
pequeños y 2.3 A por CV para motores grandes. Cuando se trata de motores conectados a
tensiones de 380 V (Vf= 380 V), el consumo es de 1.7 A por CV para motores pequeños y
medianos y 1.3 por CV para motores grandes.
El rendimiento y el factor de potencia varían con la carga. En todos los casos conviene
disponer de las características del motor, entregadas por el fabricante.
Velocidad (n) La velocidad de los motores depende del número de polos y de la frecuencia de
la red. Seguidamente se señalan las frecuencias de sincronismo para frecuencia de 50 y 60 Hz,
así como el cálculo de la velocidad sincrónica y asincrónica.
a) velocidad síncronas para motores a 50 y 60 Hz.
N = F x 60/ p
n- número de revoluciones por minuto
F- frecuencia de la red en hertz
p- número de par de polos del motor
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
268
(p = N +S)
50 Hz 60 Hz
2 polos 3,000 3,600
4 polos 1,500 1,800
6 polos 1,000 1,200
8 polos 750 900
12 polos 500 600
16 polos 375 450
24 polos 250 300
b) Velocidad asíncrona
La velocidad nominal del motor nM con potencia nominal, siempre es menor que la velocidad
síncrona, cuando funciona como motor. La diferencia entre la velocidad síncrona ns, y la real
es el deslizamiento y se define:
S= ns - nN / ns x 100%
Si se trata de pequeños accionamientos, por ejemplo y de potencia de salida de accionamiento
15 kW, el deslizamiento es del 3% aproximadamente de la velocidad síncrona.
7.2. CARACTERÍSTICAS QUE DEFINEN UN MOTOR
1. Tensión (V)
Monofásica, trifásica, corriente contínua,
con diferentes valores (220V, 380V, 500V)
2. Potencia (kW)
En función a la potencia y tensión vendrá dada
la intensidad (A)
3. Frecuencia (Hz)
En Europa, 50 Hz. En América, 60 Hz.
4. Velocidad (n)
Dependerá de la polaridad del motor y
Frecuencia de la red.
5. Nivel de protección del motor (IP--)
6. Forma constructiva
7. Clase de aislamiento (Y...c).
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
269
8. Factor de potencia (cos)
9. Tipo de servicio (S1...S7).
10. Ejecución de la caja de bornas.
11. Características particulares del motor, además de las
generales dadas por el constructor.
12. Dimensionado del motor y peso.
13. Diagramas de par, velocidad, consumos.
14. Ensayos particulares, cuando se trata de motores especiales,
no incluidos en el catálogo general del fabricante.
A continuación se estudian las principales características de los motores con carácter general
y también particular atendiendo al tipo de motor de que se trate:
Tensión (V) Tensiones trifásicas normalizadas a la frecuencia de 50 Hz: 127 V, 220 V, 380
V, 500 V, 1000 V, 3000 V, 15,000 V, 30,000 V, 45,000 V, 66,000 V, etc. De 50 V a 500 V -
Tensión usual. De 500 V a 1000 V - Tensión especial. Las tensiones inferiores a 1,000 V en
c.a. se consideran de baja tensión (B.T). Los motores más usados se alimentan en B.T.
En función a la tensión que se dispone en la red, se pedirá el motor, atendiendo
principalmente a su forma de conexión.
Para motores con dos tensiones (- ). La tensión menor corresponde a la conexión triángulo
() y la tensión mayor a la conexión estrella ( ) . Las fases del motor deben soportar la
misma tensión, tanto que se conecte el motor en estrella, como en triángulo.
Sea por ejemplo un motor en cuya placa de características se lee V = 220/380 V.
- Con red de 220 V conexión triángulo (). Vf = VL = 220 V
- Con red de 380 V conexión estrella (). Vf = VL / √ 3 = 380/ √ 3 = 220 V.
- La mínima tensión, 220 V, corresponde a la tensión a que deben trabajar las fases del
motor
A los motores en general se pide que suministren la potencia señalada en la placa de
características, aunque la tensión difiera en más o menos 5% de su valor nominal.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
270
Una disminución de tensión lleva consigo un aumento de la intensidad necesaria para
conseguir la potencia nominal a la vez que una mejora del factor de potencia y un aumento del
deslizamiento. El calentamiento también será mayor.
Potencia: La potencia de un motor viene dada en kW o en CV (caballo de vapor).
I kW = 1,000 W 1 HP = 746 W 1 CV = 736 W
Frecuencia (F)
En los suministros de energía eléctrica las variaciones de frecuencia están comprendidas en +
1% de variación. Se suele dar el caso de utilizar motores de 380 V a 50 Hz en redes de 440 V
a 60 Hz. La tensión se debería incrementar en un 20% al pasar de 50 a 60 Hz. Si aplicamos la
tolerancia de + 5% para tensión, 440 V estaría comprendida en dicha tolerancia (-3.5%). El
motor incrementaría su potencia un 20%, como consecuencia del aumento de velocidad en
una 20%, al pasar de 50 a 60 Hz.
7.3 RETORNO DE INVERSIÓN CON MOTORES EFICIENTES
EJEMPLO NÚMERO UNO
Un motor grande 200 hp, 1800 rpm (460volts) que opera casi continuamente, en un ambiente industrial a carga
completa.
Ciclo de funcionamiento: 8,000 horas por año):
Motor standard Motor de alta
Eficiencia
Eficiencia 92.4% 96.2%
Potencia de salida (0.7457.kW/hp) 149.1kW 149.1 kW
Potencia de entrada 161.4kW 155.0kW
Pérdida a una carga del 100% 12.3kW 5.9kW
Ahorros de potencia 6.4kW
Costo mayor del motor $2.608
Ahorro de energía a una carga
Del 100%
51,200kWh por año
Ahorro en dólares a $0.0553 por kWh(*)
Recuperación
$2,831.36 por año
11 meses
El ahorro es permanente. Una vez recuperada la inversión, el ahorro continúa durante toda la vida útil del motor.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
271
EJEMPLO NÚMERO DOS
La recuperación es a corto plazo aun en el caso de un motor industrial mucho mas pequeño y por consiguiente, menos eficiente, de 5hp, 1800 rpm( 460 volts) porque funciona a tiempo parcial (aproximadamente 4,000 horas por año).
Motor standar Motor de alta
Eficiencia
Eficiencia 84.0% 89.5%
Potencia de salida 3.73kW 3.73kW
Potencia de entrada 4.44kW 4.17kW
Pérdida a una carga del 100% 0.71kW 0.44kW
Ahorros de energía 0.27kW
Costo mayor del motor $94.80
Ahorro de energía a una carga
Del 100%
$1,080kWh por año
Ahorro en dólares a $0.0553 por kWh(*)
Recuperación
$59.72 por año
1 años 7 meses
Fuente: Copper Development Associación Inc. (Asociación de Desarrollo del Cobre)
Publicación de PROCOBRE - Perú
(*) Precio medio del Sector Industrial a Diciembre de 1998
Fuente: Boletín Nº 1, Noviembre 1999, Dirección General de Electricidad
8. RECOMENDACIONES PARA MEJORAR EL USO DE MOTORES
ELÉCTRICOS
8.1 APLICACIONES DE LOS MOTORES - Sistemas de bombeo. - Sistemas de ascensores. - Sistemas de ventilación. - Sistemas de aire acondicionado.
8.2 MEJORAS EN LOS MOTORES - Mejorar la tensión de alimentación. - Reemplazo por otros de mayor eficiencia. - Alternancia de uso en caso de ascensores.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
272
- Optimización en sistemas de bombeo. - Compensación reactiva en todos los casos. - Uso de variadores de velocidad.
8.3 MEJORAS EN SISTEMAS DE BOMBEO - Cambio de válvulas y tuberías en el sistema sanitario. - - Reducción de horas de uso de las bombas. - Reemplazo y Utilización de motores de alta eficiencia. - Adecuación de motores a la capacidad de trabajo. - Evitar accionamientos sobredimensionados. - - Programación en el arranque de los motores. - 8.4 MEJORAS EN ASCENSORES - Alternancia en el uso de ascensores, exclusivo para servicio a pisos pares e impares. - Utilización y aplicación de arrancadores de estado sólido. - Aplicaciones de variadores de velocidad.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
273
CAPÍTULO II.3: EFICIENCIA EN LOS SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
1. GENERALIDADES La sencillez en la operación, la disponibilidad, la facilidad y la seguridad en el manejo de las herramientas y elementos neumáticos han propiciado la gran utilización de la energía de presión contenida en el aire comprimido. A pesar de esto, los sistemas de producción de aire comprimido se mantienen, muchas veces, en estado de descuido y no se les da el valor que se merecen, por lo que presentan malos rendimientos y elevado desperdicio de energía.
La conversión de energía, la generación, distribución y uso de aire comprimido están
acompañados por pérdidas, lo cual se busca minimizar para lograr un rendimiento óptimo de
la planta.
El rendimiento de una instalación de aire comprimido depende de algunos factores como:
- Buen funcionamiento de los equipos.
- Cantidad de aire perdido por fugas y escapes.
- Pérdidas excesivas de carga que afectan la potencia de las herramientas y equipos.
- Selección y funcionamiento óptimo de los equipos consumidores de aire comprimido.
- Transmisión de energía con un mínimo de pérdidas.
El sistema neumático presenta los siguientes problemas: problemas de diseño de red, problemas de funcionamiento de herramientas y máquinas, problemas de mantenimiento. Estos problemas se traducen en mayores costos de operación, mantenimiento y energía, y por supuesto en menor rendimiento.
Recomendaciones para un buen funcionamiento del sistema:
- Eliminar todas las fugas de aire que se presentan en la red de distribución. Las fugas
pueden alcanzar hasta un 50% de la capacidad instalada en instalaciones descuidadas. Con
una inversión moderada deben limitarse a menos del 5%.
- Eliminar líneas de distribución que no sean necesarias.
- Limpieza periódica de los filtros de aire.
- No usar aire comprimido para ventilación o limpieza.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
274
- Controlar las mediciones de consumo para corregir anormalidades.
- Determinar la presión mínima requerida para la operación satisfactoria de todos los
equipos y efectuar su control.
- Dimensionar correctamente el tamaño de las líneas.
- Apagar los compresores cuando no se requiera aire comprimido.
- La temperatura del aire de aspiración no debe ser mayor a la recomendada por el
fabricante.
- Instalar separadores de condensado y drenajes en los extremos de los ramales con el fin de
eliminar la necesidad de soplar las líneas para extraer el agua.
2. EFICIENCIA ENERGETICA EN LOS COMPRESORES
2.1 ASPECTOS GENERALES
De manera simple se puede considerar la potencia suministrada al compresor como proporcional al caudal de aire y al aumento de presión.
P = Q x (P2 - P1) (1)
El caudal Q y el aumento de presión dependen del diseño del equipo y de las condiciones
de operación, en particular de la velocidad de rotación.
De la ecuación (1) resulta que la demanda de potencia puede reducirse mediante la
reducción del caudal o la diferencia de presiones.
50. 2.2 OPORTUNIDADES DE AHORRO
A. Reducción de fugas de aire comprimido - El caudal total que circula en los compresores de aire es una función de la carga
del equipo, más las fugas. Las fugas de aire comprimido son la mayor y más importante fuente de desperdicio de energía en la mayoría de estos sistemas.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
275
- El volumen de pérdidas aumenta con la presión y las horas de operación del sistema.
- Las pérdidas de aire aumentan en función directamente proporcional al cuadrado del
diámetro del agujero.
- El costo que representan las fugas puede encontrarse multiplicando la cantidad de aire
desperdiciado, por la energía necesaria para comprimirlo a la presión del sistema y por el
costo de energía:
Costo (US$) = m3 . kW . t (h) . US$
min m3/min kWh
Sin embargo, este procedimiento es indirecto e inexacto, ya que hay que estimar el número y
tamaño de las fugas
- Un método más exacto consiste en cronometrar el ciclaje de servicio del compresor
necesario para mantener la presión en el sistema con todo el equipo alimentador
previamente desconectado en su totalidad. Esto debe hacerse cuando no hay producción,
puesto que es más fácil de ubicar las fugas.
- La reparación de fugas es una operación sencilla y barata que debería ser parte del
mantenimiento, pero suele olvidarse. Un cálculo sencillo indica que una docena de
agujeritos de 3 mm de diámetro en un sistema de 100 psig desperdicia potencia
equivalente a US$ 23,700 por año, a un costo de US$ 0.08 por kWh.
- La lubricación correcta y el mantenimiento apropiado de las transmisiones, la limpieza y
el reemplazo oportuno de los filtros de aire de succión son otras técnicas de
mantenimiento que pueden originar economías de energía. Las pérdidas de presión a
través de filtros sucios causan una presión negativa en la cámara de succión y aumenta el
factor (P2 - P1) de la ecuación (1).
B. Reducción de la presión del sistema al mínimo posible
- El ajuste de presión debe hacerse un poco más alto que el correspondiente a las demandas
del equipo, para compensar las caídas de presión que hubiere en las líneas de distribución.
- Las caídas de presión son proporcionales a la longitud de las líneas y al cuadrado de la
velocidad frontal del gas que se mueve dentro de ellas. La velocidad del gas a su vez, es
igual a:
Q 4 Q
V = = (para tuberías circulares)
A d2
Siendo d el diámetro interior de la tubería y Q el caudal.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
276
- Las pérdidas por fricción en el sistema pueden reducirse, colocando los compresores cerca
de los puntos de consumo, aumentando el diámetro de las tuberías de distribución y
eliminando fugas.
- Conviene también examinar las posibilidades y las ventajas de instalar varios sistemas para varias presiones, ya que, por lo general, son pocos los equipos que demandan altas cantidades de aire.
f. 3. EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LOS SISTEMAS DE BOMBEO
Un sistema de bombeo se compone de bomba, motor, tubería y accesorios. La energía eléctrica consumida depende de la potencia, el tiempo en que funciona la bomba y de la eficiencia del sistema. Esta última es la relación entre la potencia que suministra la bomba al fluido y la potencia eléctrica consumida. La potencia suministrada por la bomba, está en función del gasto y la carga.
Si cualquiera de los elementos del sistema, ha sido mal seleccionado en su tipo, capacidad
o material, si el motor no está funcionando correctamente, si alguno de los accesorios está
obstruido o si la tubería está deteriorada, aumentará el consumo de energía eléctrica total
del sistema.
Se recomienda diseñar el sistema para que entregue el gasto con la presión requerida. Una
mayor presión, ocasiona un desperdicio de energía y el incremento del consumo de energía
eléctrica.
3.1 LA BOMBA
- Comprobar que, para las condiciones normales de operación (carga y gasto), la bomba
opere con su máxima eficiencia. Solicite al proveedor las curvas de eficiencia.
- En instalaciones que no requieren mantener un flujo constante, basta que la bomba
funcione cada vez que el nivel del agua baje de cierto límite, hasta que se pueda alcanzar
el nivel máximo. Considere la utilización de una bomba de menor capacidad que trabaje
más tiempo.
- Instale dispositivos de paro automático en el caso de bombas de flujo axial, así evita
sobrecargar el motor en caso de que se reduzca el gasto por obstrucción o falta de
suministro al sistema; en el caso de bombas centrífugas, si el gasto se reduce, baja también
la potencia demandada y por lo tanto, no hay riesgo de sobrecarga.
3.2 EL MOTOR
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
277
- El motor transforma la energía eléctrica en la energía mecánica que la bomba requiere
para funcionar. Al seleccionar el motor de la bomba se debe tomar en cuenta:
- La potencia nominal suministrada por el motor, debe ser igual a la que requiere la bomba
para trabajar a su máxima eficiencia.
- Cuando el gasto es variable, un dispositivo de control de velocidad en el motor puede
ayudarle a reducir su consumo de energía eléctrica.
- El motor debe estar alineado con la bomba y montado sobre una superficie que reduzca las
vibraciones, de lo contrario habrá un desgaste prematuro del eje, daños en los cojinetes y
mayor consumo de energía de hasta un 5% sobre el consumo nominal.
- Seleccionar un lugar debidamente ventilado para evitar sobrecalentar el motor.
- Instalar controles automáticos para arrancar y parar el motor de la bomba, evitando así que
este último siga consumiendo energía cuando la bomba haya dejado de funcionar.
3.3 TUBERÍA Y ACCESORIOS
La bomba debe suministrar al fluído la energía que éste pierde al circular por la tubería
debido a la fricción. Por consiguiente, una tubería bien diseñada y con un buen
mantenimiento, puede reducir considerablemente el consumo eléctrico. Se recomienda:
- Las uniones, los cambios de dirección y las variaciones de diámetro y de materiales
son fuentes de pérdidas en las tuberías, así que procure usar tramos rectos que
reduzcan al mínimo los cambios de dirección o de diámetro. Seleccione el diámetro de
tubería óptimo, aunque éste no sea igual a los diámetros de entrada y salida de la
bomba.
- Los accesorios como válvulas, codos, uniones, reducciones, expansiones y filtros, son
también fuente importante de pérdidas en las tuberías. Por eso debe usarse sólo los
accesorios necesarios. Por ejemplo, si no se requiere ajustes finos, una válvula de
compuerta produce menos pérdidas que una de globo.
- El desgaste y los sedimentos ocasionan deterioros que, con el tiempo, aumentan las
pérdidas en la tuberías y reducen el diámetro libre para la circulación del flujo, lo que
debe ser considerado al diseñar la tubería.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
278
CAPÍTULO II.4:
EFICIENCIA DE LOS SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN
1. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
1.1 GENERALIDADES La refrigeración de productos para su conservación es un proceso que requiere del consumo de una cantidad apreciable de energía. En la industria en muchos casos se observa operar un equipo de refrigeración bajo condiciones muy desfavorables que incrementan su consumo de energía. El usuario normalmente está más interesado en mantener las temperaturas requeridas que el estado de operación de los equipos o del costo de la producción. Las razones principales de un bajo coeficiente de rendimiento de la planta se resumen, considerando el ciclo refrigerante y su uso que debe analizarse desde dos puntos principales:
El mantenimiento deficiente de los intercambiadores de calor hace que la capacidad de refrigeración se vea disminuida y aumente el requerimiento de potencia del compresor. Si no se mantiene la carga del refrigerante adecuada para el ciclo, baja la temperatura de evaporación, lo que también reduce la capacidad del sistema. Por otro lado, la mala regulación o temperaturas de termostatos muy bajas incrementan los requerimientos de refrigeración. En cuartos fríos los requisitos de refrigeración aumentan inadmisiblemente debido a las aperturas de puertas del cuarto y defectos en los aislamientos. Las líneas de succión se mantienen aisladas para evitar un aumento innecesario en los requerimientos de refrigeración.
1.2. APLICACIONES
A. Aplicaciones al acondicionamiento ambiental de confort
- Refrigeración residencial.
- Refrigeración comercial.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
279
- Refrigeración para usos de pública concurrencia, docentes, de oficinas,
recreativos, centro de comunicaciones, etc.
B. Aplicaciones industriales
- Refrigeración aplicada a la preparación de alimentos sólidos y líquidos (a
distintas temperaturas).
- Refrigeración de almacenes para la conservación de alimentos.
- Refrigeración de procesos de fabricación diversos.
C. Producción de frío
Los métodos corrientemente empleados para la producción de frío, a nivel de la
tecnología actual, se basan fundamentalmente en dos sistemas o ciclos termodinámicos:
el ciclo de compresión de vapor, y el ciclo de absorción.
Para ciertas aplicaciones en el mercado comienzan a aparecer sistemas basados en efectos
termoeléctricos. Sin embargo, debido a su escasa difusión actual, este sistema no va a ser
considerado en este curso.
El Sistema de refrigeración por compresión de vapor es, el sistema más empleado en la
actualidad y del que existen más realizaciones hechas a lo largo de muchos años.
Probablemente el porcentaje de instalaciones a compresión de vapor, referido a unidades
de energía, representa un 95% del total de instalaciones.
En general puede decirse que las instalaciones de producción de frío basada en el ciclo de
absorción encuentran su mejor mercado en el campo de las instalaciones para
acondicionamiento ambiental, aunque nada se opone técnicamente a su utilización en
instalaciones de refrigeración industrial a temperaturas moderadamente bajas.
1.3 ELEMENTOS CLAVES PARA EL USO RACIONAL DE ENERGÍA (URE)
A. Refrigerador doméstico
Ubicarlo en el lugar más fresco del local, no exponerlo a los rayos del sol. Seguir esta
simple recomendación significa mayor duración y menor consumo.
Colocar el termostato en posición mínimo o medio, si está en posición máximo se
consume aproximadamente 50% más.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
280
El consumo de energía del refrigerador se incrementa con el número y la duración de la
apertura de la puerta. En el caso de congeladores debe limitarse aún más las aperturas.
Si no se cuenta con dispositivo automático de deshielo, es conveniente evitar la
acumulación del hielo (espesor menor de 5 mm) sobre la pared interna, pues ésta
incrementa el consumo de energía y reduce el tiempo de vida del equipo.
Asegurar que la puerta esté bien cerrada y la empaquetadura de goma en buen estado. El aislamiento térmico es muy importante.
Evitar la formación de polvo en el condensador (limpiar la parte posterior).
Los sistemas destinados al acondicionamiento ambiental de confort, tienen por objeto
conseguir unas condiciones ambientales de temperatura mantenidas entre márgenes
relativamente estrechos. De hecho estas temperaturas pueden mantenerse con facilidad si
se dispone de una fuente de frío a temperaturas entre 4º C y 10º C. Termodinámicamente
hablando, la producción de frío exige la existencia de un foco caliente, al que se
“bombea” el calor que se extrae del lugar en el que se produce el frío deseado. Pues bien,
en aplicaciones de acondicionamiento ambiental de confort, este foco caliente suele estar
a temperaturas entre 40º y 60º C.
B. Refrigeración industrial
En el caso de la refrigeración industrial, en general, las condiciones de temperatura, tanto
del foco frío como del foco caliente, varían dentro de márgenes mucho más amplios. De
hecho y desde un punto de vista puramente científico, cabría pensar que el foco frío o la
fuente de frío pueden estar entre unos pocos grados por encima del cero absoluto y unos
pocos grados por debajo de la temperatura ambiente normal. En realidad este curso
considera solamente aplicaciones técnicas y como tales, los márgenes de la temperatura
de la fuente de frío cabe establecerlos entre los +20ºC y los -150ºC. Esta última,
refrigeración criogénica, y cuya consideración queda fuera del alcance del curso.
Dadas estas condiciones, se comprende que los objetivos de la refrigeración industrial son muy amplios y variados. A título de ejemplo puede decirse que la refrigeración industrial debe cubrir el objetivo de producir frío para el almacenamiento de caramelos a
unos 15ºC, en condiciones estrictas, tanto de temperatura como de humedad; para el oreo de carne de vacuno entre 0ºC y -2ºC; debe
atender simultáneamente a las exigencias de frío a -30ºC para la conservación de helados, a -20ºC para la conservación de congelados y a -4ºC para la conservación de carne, caso típico en las cámaras de un supermercado; otro tipo de aplicaciones puede exigir el
enfriamiento a -70ºC del aire necesario para la combustión de motores de aviación en una instalación de ensayos, o bien utilizar el frío
en un ciclo de licuefacción de cloro, condensado a 0ºC, -25ºC y -45ºC.
1.4 COMPORTAMIENTO ENERGÉTICO
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
281
A continuación del análisis del funcionamiento de los componentes de los sistemas,
parece oportuno resumir los puntos más importantes de su comportamiento energético.
Debe tenderse a una regulación minuciosa de la capacidad de los compresores, para
adaptarse a las exigencias de la carga.
Un correcto dimensionado de los conductos de paso de líquido y gas contribuye a
disminuir las pérdidas de carga y, en consecuencia, el consumo energético del sistema.
La elevación de la presión de aspiración (o la temperatura de evaporación), contribuye a
disminuir el consumo energético por unidad de refrigeración.
La disminución de la temperatura de condensación hace disminuir el consumo energético
por unidad de refrigerante.
El recalentamiento de los gases aspirados, con aumento del efecto refrigerante, hace
disminuir el consumo energético por unidad de refrigeración. Así, hay que procurar que
tal recalentamiento se produzca en el evaporador o ambiente refrigerado.
El subenfriamiento del líquido con extracción de calor fuera del ciclo produce una mejora del rendimiento de compresión. Si se
emplea un intercambiador entre los gases aspirados y el líquido condensado, se puede mejorar el funcionamiento del compresor, ya
que éste funciona con los cilindros más fríos.
Es importante mantener limpias las superficies de intercambio térmico en condensadores
y evaporadores.
51. 1.5 CONDICIÓN APROPIADA DEL SISTEMA
Previo a cualquier acción es preciso conocer el funcionamiento del sistema bajo las mismas condiciones que se establecieron al realizar el proyecto. Se debe llevar reportes de operación como en el formato indicado más adelante en la pág. 155. Ejemplo.- Funcionamiento del compresor.
Las principales complicaciones que presentan y sus principales causas son:
A. Poca capacidad de enfriamiento:
- Presión de succión demasiado baja.
- Sistema de regulación del compresor no funciona correctamente.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
282
- Defectos o fugas en las válvulas de succión o descarga.
- Daños en los anillos del pistón o rodamientos en mal estado.
B. Alto consumo de energía:
- Presión de descarga demasiado alta.
- Motor eléctrico defectuoso.
- Válvulas de cierre que no abren completamente en el lado de la descarga.
- Mal funcionamiento de la válvula de retorno.
La localización de estas fallas se hace mediante pruebas sencillas
al compresor, primero verificando el funcionamiento sin ruidos o
vibraciones anormales, y luego examinando los siguientes puntos:
Presión de succión y descarga
- Nivel y presión de aceite en el compresor.
- Temperaturas de sobrecalentamiento y descarga.
- Válvulas del compresor.
1.6 RECOMENDACIONES GENERALES DE OPERACIÓN DE EQUIPOS DE REFRIGERACIÓN
- El empaque de las puertas de los equipos de refrigeración debe
permitir un cierre hermético para impedir la entrada de aire
caliente al espacio refrigerado.
- Revise con cuidado el funcionamiento de los termostatos de modo que apague el
equipo cuando se alcance la temperatura programada. En algunos casos los
presostatos.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
283
- Inspeccione regularmente el estado del refrigerante con el fin de prevenir fugas del
mismo.
- Revise el estado de aislamiento en las líneas de succión.
- Optimice la temperatura de operación del refrigerador asesorándose con un experto en
asuntos de conservación de alimentos, bebidas, etc. Ver tabla siguiente.
- Cualquier ruido que se presente en el sistema de refrigeración debe corregirse
inmediatamente.
- Limpie con frecuencia los filtros y los condensadores de los equipos de refrigeración.
1.7 ELEMENTOS CLAVES PARA EL URE EN SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
¿QUE DEBE SER ¿COMO SE REQUISITOS PARA EL MEJORAMIENTO EN URE
CONSIDERADO? PRUEBA? MANTENIMIENTO Y CAMBIO DE
RETROFITTING TECNOLOGÍA
- Encontrar defectos. - Prueba visual de: - Todas las partes mecánicas
Asegurar. a) Compresor en buen estado.
Una operación b) Condensador NO
Apropiada. c) Evaporador
d) Cíclo
- Controlar la capa- Tomar medidas
de:
- Controlar todas las
Cidad de refrigera- a) Compresor caídas de presión.
Ción. b) Condensador Usar medidores adecuados NO
- Reducir pérdidas c) Evaporador para cada caso.
d) Ciclo
- Encontrar fallas en - Verificar las - Medidores de temperatura
Los mecanismos de caídas de presión
Distribución - Control de aislantes
- Verificar
temperatura
NO
del cuarto
- Determinar las con- - Prueba visual Limpiar los intercam- - Control de veloci-
Diciones de carga - Medición de biadores de calor dad
Parcial y la carac- temperaturas - Seleccionar mejor:
Terísticas de la Compresor
Planta Evaporador
- Controlar el coefi- Condensador
Ciente global de
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
284
Transferencia de
Calor
Fuente: Manual de URE - PESENCA
FORMATO - REPORTE DE OPERACIÓN
FECHA: _____________________ HORA:________________________
NOMBRE DEL OPERARIO: _________________________________________
Motor:
Consumo de potencia [kw]: _________ Marca : ______________No.___________
Temperatura del cuarto de máquinas: ____ Cos e : _________ n(rpm): ___________
Compresor:
Marca :_________________________ No._______________________________
Presión de succión: _______________ Temperatura de succión:____________
Presión de descarga:_______________ Temperatura de descarga:______________
Temperartura de la línea de succión:_________________________________________
Condensador:
Marca :_________________________ No.________________________________
Agua (aire) enfriamiento:__________________________________________________
Flujo másico:___________________________________________________________
Temperatura a la entrada:__________________________________________________
Temperatura a la salida:___________________________________________________
Evaporador (enfriadores de líquido):
Marca :__________________________ No.________________________________
Flujo másico:___________________________________________________________
Temperatura a la entrada:__________________________________________________
Temperatura a la salida:___________________________________________________
Evaporador (enfriadores de aire) :
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
285
Cuarto No.: Enfriador No.:_________________________________________________
Temperatura del aire a la entrada : __________________________________________
Temperatura del aire a la salida : ____________________________________________
Temperatura de la línea de succión:__________________________________________
Temperatura del aire atmosférico :___________________________________________
1.8 ALGUNAS TEMPERATURAS NORMALES DE ALMACENAMIENTO
CUARTO FRÍO TEMPERATURA
°C
Capacidad de enfriamiento
[kJ/m3. Día] para volúmenes de
cuartos fríos en m3
10 a 20 > 100
Almacenamiento normal de
alimentos
Cuarto de manejo
Cuartos de añejamiento
Cuarto de pollos congelados
Cuarto de carne congelada
Cuartos fríos para:
Leche
Mantequilla
Queso
Vegetales
+2…+4
+6…+8
+0…+2
-10…-12
-10…-12
+2…+4
+2…+4
0…+2
+2…+4
4000
2900
4200 3350
5900 4200
8400 6700
3150
3350
3800 2900
3350 2500
Fuente: Manual de URE - PESENCA
2. SISTEMA DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE
2.1 GENERALIDADES
El acondicionamiento de aire es un proceso necesario para la optimización de algunos procesos industriales y para el bienestar de las personas que se encuentran dentro de un recinto. Como en el proceso de refrigeración, el acondicionamiento de aire requiere del suministro de energía, alcanzando costos muy significativos. Por esta razón, es de los sistemas que más control y mantenimiento requieren. El propósito de un sistema de acondicionamiento de aire es tratar el aire para lograr controlar condiciones de humedad, temperatura, pureza y ventilación, con
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
286
el fin de proporcionar ambiente confortable a las personas y adecuado a máquinas y materiales cuyas condiciones de operación y conservación así lo exijan. El cumplimiento de este objetivo se lleva a cabo por los procesos de ventilación, calentamiento, enfriamiento, humidificación, deshumidificación, filtrado y refrigeración. Cada uno de los cuales cumple una función específica y diseñados para operar correctamente dentro de rangos establecidos.
2.2 ELEMENTOS CLAVES PARA EL USO RACIONAL DE ENERGÍA
Existen diferentes estrategias para obtener un ahorro energético en los sistemas de
acondicionamiento de aire. En el programa que se sugiere se establecen cuatro elementos
claves que deben verificarse, tanto en el sistema de acondicionamiento de aire propiamente
dicho, como en el local que se acondiciona, los cuales son:
- Asegurar una operación adecuada.
- Reducir la demanda y controlar la carga.
- Reducir las pérdidas por control de los dispositivos de distribución y del sistema.
- Ahorrar y recuperar energía.
En la Tabla adjunta se muestran esquemáticamente estos elementos y luego se dan
recomendaciones generales para una mejor operación del sistema.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
287
2.2 ELEMENTOS CLAVES DE URE- AIRE ACONDICONADO
ELEMENTO CLAVE ¿QUÉ HAY QUE VERIFICAR? ¿CÓMO SE VERIFICA? HOUSEKEEPING RETROFITTING CAMBIO DE
TECNOLOGÍA
1. Asegurar una ope ración
adecuada
a. Sistema de A-A - La totalidad del sistema y sus
componentes.
Registrar:
- Temperaturas.
- Humedad.
- Presión.
- Volumen de aire.
Prueba operacional:
- Condiciones del flujo.
- Componentes mecánicos.
- Controles.
- Limpiar filtros y rejilla de las
unidades manejadores,
componentes, tuberías y ductos.
- Reemplazar las partes defectuosas.
- Recargar y presurizar agua y
sistema refrigerante.
- Aplicar medidas de
mantenimiento contínuo.
No No
b. Local acondicionado Uso y función de:
- Cuartos.
- Componentes.
Prueba visual y operativa de:
Puertas, ventanas y persianas.
Cerrar y/o sellar:
Puertas, ventanas, cortinas, aberturas
y fugas.
No No
2. Reducir demanda y
controlar carga
a. Sistema de A-A Comparar el desempeño con los
requisitos de:
- Temperatura.
- Tasa de flujo.
- Cambio de aire.
- Presión.
Estableciendo los requerimientos
mínimos y comparandolos con los
registros y rangos actuales.
No Cambiar los rangos operativos
para satisfacer los nuevos
requerimientos.
b. Local acondicionado - Tamaño y uso de los cuartos.
- Localización de los cuartos.
- Exposición.
- Ventas y vidrios.
Estableciendo los requerimientos
mínimos y comparandolos con la
situación actual.
No - Reorganizar los cuartos para
reducir el consumo de energía.
- Cambio de luminarias
incandescentes.
Reducir:
- Tamaño de los cuartos.
- Area de los vidrios.
3. Reducir pérdidas por
control de los dispositivos
de distribución y del
sistema
a. Sistema de A-A Aislamiento apropiado de los
componentes y tuberías, partes que
causan pérdidas evitables.
Partes que pueden ser omitidas.
Supervisión y chequeo estimando las
pérdidas comparando las diferentes
Modificaciones.
No - Reemplazo del aislamiento.
- Inadecuado o dañado.
- Eliminar las partes puntiagudas.
- Nuevo aislamiento.
- Cambio de los componentes
que causan:
a) Pérdidas.
b) Remoción de las partes
innecesarias.
b. Local acondicionado Aislamiento del techo y las
paredes.
Cortinas.
Termografía. No Eliminar puntos de fuga: - Reemplazar el aislante dañado o
inadecuado.
- Pintar el techo y paredes de
- Nuevo aislamiento
- Polarización de Ventanas
- Adicionar continas, rejillas
de ventilación, atenuadores.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
288
blanco.
2.2 ELEMENTOS CLAVES DE URE- AIRE ACONDICONADO (Continuación)
ELEMENTO CLAVE ¿QUÉ HAY QUE VERIFICAR? ¿CÓMO SE VERIFICA? HOUSEKEEPING RETROFITTING CAMBIO DE TECNOLOGÍA
4. Ahorrar y
recuperar Energía
Sistema de A-A Eficiencia energética del
sistema/componentes, Dispositivo de
Ahorro de Energía.
Verificando y evaluando:
- Condiciones de diseño, consumo
de energía.
- Sistemas de recuperación de
Energía.
Cumplir el procedimiento del
catálogo de mantenimiento.
Aplicar control automático. - Instalar componentes de mayor
Eficiencia.
- Instalar sistemas y unidades de
recuperación de energía.
Fuente: Manual de URE - PESENCA
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
3
2.3 RECOMENDACIONES GENERALES PARA EL ACONDICIONA-
MIENTO DE AIRE
- Mantenga puertas y ventanas cerradas en los ambientes acondicionados con el
fin de evitar la entrada de aire caliente del exterior.
-
- Apagar los equipos de acondicionamiento de aire en las áreas desocupadas.
- Contemple la posibilidad de apagar los equipos de acondicionamiento de aire
en oficinas así :
- Durante las horas de refrigerio. Una hora o media hora antes de la hora de
salida
- Mantenga en condiciones de correcto funcionamiento los acondicionadores y
además, en estado de buena limpieza los filtros, serpentines y ventiladores
- En los espacios acondicionados disminuya en lo posible la carga de calor
introducida por la excesiva iluminación, por maquinarias o equipos que
permanezcan encendidos innecesariamente.
- Analice la posibilidad de aislar térmicamente los edificios e instalaciones o, al
menos, secciones de los mismos.
- Por todos los medios posibles favorezca la arborización alrededor de las
edificaciones con ello se consigue disminuir la transferencia de calor hacia el
interior de las mismas, el resultado será la reducción sensible de las cargas de
los acondicionadores de aire.
- Otra reducción en las cargas de los acondicionadores de aire se logra
rediseñando los espacios siguiendo las normas de la Arquitectura Solar Pasiva
que aconseja, entre otras cosas, favorecer la circulación de aire a través de
determinados espacios.
- Mantener en buen estado los sistemas de control como presostatos y
termostatos.
Fig. II.4.1
PersonaPersona
H
Alcance
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
4
3. VENTILACIÓN
3.1 GENERALIDADES
Los ventiladores son máquinas muy útiles en la industria, sus campos de aplicación más comunes son: secadores, torres de enfriamiento, hornos rotatorios, acondicionadores de aire y calderas. Se consideran equipos básicos, sin embargo, generalmente son escogidos y operados sin seguir ninguna metodología aceptada. Como consecuencia, el rendimiento de estos aparatos se ve muy afectado, incrementando su consumo de energía. Los ventiladores son construidos en una gran variedad de tipos y tamaños, siendo los de tamaños grandes que trabajan en sistemas conductos los que presentan mejores oportunidades de ahorro.
3.2 ELEMENTOS CLAVES PARA EL USO RACIONAL DE ENERGÍA
Aunque la operación de los ventiladores siempre esté asociada a unas pérdidas de
presión normales, deben evitarse todas aquellas pérdidas innecesarias en presión y
consecuentemente de energía.
La causa de pérdidas más común es la pobre adaptación del ventilador con la
demanda, es decir, el ventilador entrega un flujo distinto al requerido. Para
propósitos tales como ventilación de cuartos, edificios y refrigeración en la etapa de
planeación no son conocidas las necesidades reales y se opta por escoger un
ventilador sobredimensionado. Esto conlleva a una descarga excesiva. Mientras una
descarga deficiente se hace evidente por mal funcionamiento del respectivo sistema,
una descarga excesiva no es percibida del todo, o puede adaptarse por medios
antieconómicos como una válvula de estrangulamiento.
Otra causa de desperdicio de energía es la instalación de más ventiladores en cuartos
donde no existe la vía que permita que el flujo adicional que entra, salga.
Los desperfectos de construcción y las obstrucciones en los ductos aumentan la
resistencia al paso del flujo, necesitándose más energía para hacerlo circular: los
filtros obstruidos y el material extraño son ejemplos de ello.
Por último el mal funcionamiento del ventilador por defectos mecánicos o del
impulsor, estator o incrustaciones y sucio, ocasiona un requerimiento mayor de
energía.
Para evitar todas aquellas pérdidas innecesarias de presión y su consecuente
desperdicio de energía debe ser aplicado un programa encaminado a reducirlas. El
lograr el Uso Racional de Energía en el sistema de ventiladores requiere del
cumplimiento de cinco etapas, simplificadas en la Tabla II.4.1.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
5
TABLA II.4.1
ELEMENTOS CLAVES PARA URE EN VENTILADORES
ELEMENTO
CLAVE
¿QUÉ DEBE SER
CONSIDERADO
?
¿CÓMO SE
DEBE
VERIFICAR?
REQUISITOS PARA EL MEJORAMIENTO EN URE
MANTENIMIENTO
Y
HOUSEKEEPING
RETROFITTING CAMBIO DE
TECNOLOGÍA
1.Condiciones
adecuada del
sistema
Asegúrese que
toda la
instalación esté
en condiciones
apropiadas
Prueba visual
de los
conductores y
partes
mecánicas
Conductos despejados, limpios y
ajustados
NO
Partes mecánicas
en orden
2. Operación
actual del
Ventilador
Cuál es la tasa de
flujo liberado y
cual es la
demanda
Determinar el
caudal
Determinar la
presión
alcanzada en el
ventilador
Determinar las
características
de Instalación
NO Usar medidores y
sensores de flujo
adecuados
Usar medidores de
presión adecuados
NO
3. Pérdidas
dentro de la
instalación
Localizar las
partes que causan
pérdidas de
presión evitables
Análisis de las
pérdidas
Estimar las
pérdidas
Comparar las
diferentes
modificaciones
Tal y como se hace
en el primer paso
Repara las partes
dañadas
Analizar el aire
atmosférico
Cambiar los
ductos angostos
y otros
componentes de
la instalación
4. Ajustar el
Ventilador con
la demanda
Determinar los
requisitos del
caudal
Comparar los
esfuerzos y
beneficios con
respecto a las
diferentes
modificaciones
de control de
flujo
Aplicar el control
de velocidad si es
suministrado
Aspas móviles
Deformación de
aspas
Reducción de
diámetro
Admisión parcial
Control
automático de
velocidad
Aspas móviles
Nuevo rotor
Aspas guías
variables
5. Medidas de
mantenimiento
continuo
Localizarlos
componentes
propensos a
ocasionar
pérdidas en la
instalación
Pruebas
visuales y
medidas de
pérdidas de
presión
Aplicar el control
de mantenimiento
en intervalos fijos
Recuperar las
partes gastadas y
desajustadas
Usar correas
dentadas
Seleccionar el
mejor modelo
de ventilador
disponible, si el
actual llega a
quedar
inservible
Fuente: Manual de URE - PESENCA
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
6
4. APLICACIONES TÉRMICAS
4.1 GENERALIDADES
Dentro de los consumidores que influyen en el consumo de energía eléctrica se encuentran los equipos que realizan procesos de calentamiento por resistencias eléctricas, como es el caso de los hornos eléctricos. En los hornos de resistencia, el calor es desarrollado por la circulación de corriente a través de resistencias distribuidas. El servicio de estos hornos es para la aplicación de calor a cuerpos sólidos y se emplea para el tratamiento térmico de los metales, para el recocido del vidrio y para la cocción de esmalte vítreo. Pueden ser de dos tipos, intermitentes o de tipo continuo. Un aspecto importante de ahorro de energía en estos procesos son los aislamientos térmicos ya que en este punto es en donde se presentan las mayores pérdidas.
4.2 ELEMENTOS CLAVES PARA EL USO RACIONAL DE ENERGÍA
A. CONTROL DEL AISLAMIENTO
Si se tienen pérdidas de calor por defecto en aislamientos o aislamiento no apropiado, habrá una baja en la eficiencia, lo que hará que todo el sistema trate de corregirla, traduciéndose en un incremento de consumo de energía. Por esta razón es aconsejable chequear si los aislamientos que se tienen son los apropiados. Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior, mayor es la tendencia a un incremento de pérdida de calor. Por lo tanto, es importante aumentar la resistencia a la pérdida de calor, aumentando el espesor del aislamiento y/o disminuyendo el valor de la conductividad térmica. B. CONTROL DE LA TEMPERATURA
Un adecuado control de temperatura dentro del horno de resistencias implica la regulación de la corriente eléctrica a través de los elementos calefactores, con el fin de aumentar o disminuir, la cantidad de energía entregada al ambiente interior del horno. Esta regulación implica la existencia de un controlador de lazo cerrado o retroalimentación, cuya misión será detectar la
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
7
temperatura real dentro del horno por medio del dispositivo sensor adecuado (termómetro o termocupla), conocer la temperatura deseada de trabajo, establecida por el operario; con base en la diferencia existente entre las dos (señal de error) deberá tomar la acción adecuada para tratar de igualarlas, accionando en el momento oportuno los reguladores de corriente de las resistencias. Este controlador puede ser manual o automático.
B.1. CONTROL MANUAL DE TEMPERATURA
Fig. II.4.2
B.2 CONTROL AUTOMÁTICO
Fig. II.4.3
El controlador también podrá ser de tipo proporcional, variando en forma continua y no discontinua la corriente a través de cada elemento calefactor, con la ventaja de obtener una regulación más precisa de la temperatura. La
TEMPERATURA
DESEADA
TIEMPO
TEMPERATURA
TEMPERATURA
DESEADA
TIEMPO
TEMPERATURA
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
8
desventaja de este tipo de regulador estriba en un elevado costo, puesto que se precisa la utilización elementos electrónicos como tiristores.
C. CONTROL DE LA DEMANDA Las demandas máximas durante un período de tiempo determinado (actualmente es de 15 minutos), las potencias activas y reactivas son factores que se registran y se tienen en cuenta para el cobro mensual. Es importante entonces, que el consumidor de la energía estudie la forma de lograr picos bajos y evitar en cuanto sea posible los picos altos de consumo de potencia, mediante un programa de entrada de potencia en los hornos teniendo en cuenta cual es el consumo de cáda horno al comenzar su operación. Los hornos pueden ser programados para operar durante horas de menos carga y en empresas donde posean varios, procurar no comenzar simultáneamente la operación de todos ellos, sino establecer horarios para el encendido y trabajo secuencial de los hornos, obteniéndose con ello que el pico de demanda máxima sea más bajo y se mejore entonces el promedio, ahorrándose energía y dinero. La eficacia con la cual una industria usa su demanda de energía es estimada en términos de factor de carga, (relación entre el consumo promedio de potencia y la potencia máxima en un intervalo de tiempo determinado), cuanto más bajo sea el factor de carga, más alto será el costo por servicio eléctrico. El mejoramiento del factor de carga se logra mediante la programación de la carga. D. DEFICIENCIAS EN TRABAJOS DISCONTINUOS Este problema hace referencia más directamente a las condiciones de operación del horno y se plantea como una de las limitaciones más importantes que ha de tenerse en cuenta si se pretende ahorrar energía eléctrica. Como ya se ha dicho, este método de calentamiento exhibe una gran inercia térmica, lo cual, dicho en palabras sencillas, significa que el horno se demora mucho en calentarse hasta la temperatura de operación normal y se demora mucho en enfriarse una vez que se apaga. Esto indica que para trabajar con la mayor eficiencia posible, debe operarse el horno en forma continua, evitando los frecuentes encendidos y apagados que implicarán un desperdicio energético, debido a que la gran cantidad de calor acumulado dentro del horno en el momento de apagarlo (y que alguna vez fue energía, eléctrica que pasó a través de nuestros contadores) no tendrá otro destino que el de disiparse en la atmósfera sin realizar ningún trabajo útil.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
9
Según esto, puede ser más económico para una industria operar un horno eléctrico durante varios días seguidos en el mes, y después pararlo durante un lapso similar, que trabajarlo durante todo el mes, pero en forma discontinua.
5. CALENTAMIENTO DE AGUA El voltaje de operación del calentador debe ser el indicado en la placa de características técnicas del equipo. Revise periódicamente los controles termostáticos de cada equipo para asegurarse de su buen funcionamiento. Revise periódicamente los contactos eléctricos de cada unidad. Defina bien las necesidades de calentamiento para graduar adecuadamente las temperaturas que deben controlar los termostatos.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
10
CAPÍTULO II.5:
CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA
(COMPENSACIÓN) Y CONTROL DE DEMANDA
1. FACTOR DE POTENCIA
1.1 GENERALIDADES
Factor de potencia es el nombre dado a la relación entre la potencia activa (kW)
usada en un sistema y la potencia aparente (kVA) que se obtiene de las líneas de
alimentación, o dicho de otro modo, el coseno del ángulo formado por el desfase de
la corriente con respecto al voltaje aplicado.
Todos los aparatos que contienen inductancia, tales como motores, transformadores y
demás equipos con bobinas necesitan corriente reactiva para establecer campos
magnéticos necesarios para su operación.
El desfase producido por la corriente reactiva se anula con el uso de capacitores de
potencia, lo que hace que el funcionamiento del sistema sea más eficaz y, por lo
tanto, requiera menos corriente en la línea. La Fig. II.6.1 corresponde a un motor de
inducción sin ninguna compensación y la Fig, II.6.2 muestra el mismo motor de la
Fig. II.6.1 con el factor de potencia corregido.
Fig. II.6.1 Fig. II.6.2
Motor de inducción sin Motor de inducción
compensación Factor de potencia corregido
CORRIENTE
EFECTIVA
CORRIENTE
REACTIVA
CORIENTE
TOTAL
EN LA LÍNEA{
CORRIENTE
EFECTIVA
CORRIENTE
REACTIVA
CORIENTE
TOTAL
EN LA LÍNEA CAPACITOR
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
11
1.2 RESISTENCIA APARENTE, EFECTIVA Y REACTIVA
La resistencia aparente (o impedancia) de un circuito eléctrico resulta según la ley de
Ohm de la tensión aplicada V y de la corriente I. En corriente alterna la impedancia Z
consta de una parte real R (efectiva) y de una parte reactiva X (reactancia).
La reactancia puede ser de dos tipos, inductiva XL y capacitiva Xc. La reactancia
inductiva está determinada por la inductancia del circuito y se expresa como:
XL = L = 2. f. L
donde:
= frecuencia angular
f = frecuencia en Hz (hertz)
L = inductancia en H (henry)
La reactancia inductiva tiene la característica de retrasar la corriente con respecto al
voltaje, debido a que la inductancia es la propiedad eléctrica que se opone a cualquier
cambio de corriente.
La reactancia capacitiva está determinada por la capacitancia del circuito, y se
expresa como:
Xc = 1 / C = 1 /2 . f .C
donde:
C = capacitancia en F (faradio)
La reactancia capacitiva tiene la característica de adelantar la corriente con respecto
al voltaje, debido a que la capacitancia es la propiedad eléctrica que permite
almacenar energía por medio de un campo electrostático y de liberar esta energía
posteriormente.
Entonces ya que el triángulo de las resistencias es un triángulo rectángulo, se puede
calcular:
Z2
= R2+X
2 con Z,R y X en
La suma de las reactancias en el circuito nos dará la reactancia real que predomine, o
sea X = XL – XC, por lo tanto:
Z2
= R2+(XL-XC)
2
1.3 SECUENCIA DE FASE ENTRE CORRIENTE Y VOLTAJE
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
12
El tipo de carga eléctrica determina en un circuito la impedancia y la posición de la
corriente respecto a la tensión.
IR = V/R = I.Cos é Ix = V/X = I.Sen
I, IR e Ix en amperios (A)
1.4 POTENCIA APARENTE, EFECTIVA Y REACTIVA
La potencia eléctrica es el producto de la tensión por la corriente
correspondiente. Podemos diferenciar los tres tipos:
Potencia aparente (kWA) S = VI
Potencia efectiva (kW) P = V.I.Cos = V.IR
Potencia reactiva (kVAR) Q = V.I.Sen = V.IR
La potencia efectiva P se obtiene de multiplicar la potencia aparente S por el "Cos",
el cual se le denomina como "factor de potencia".
El ángulo formado en el triángulo de potencias por P y S equivale al desfase entre la
corriente y la tensión y es el mismo ángulo de la impedancia; por lo tanto el cos
depende directamente del desfase.
FACTOR DE POTENCIA = cos = P/S
TRIÁNGULO DE POTENCIAS
Por lo anterior, en la técnica de la energía eléctrica se utiliza el factor de potencia
para expresar un desfase que sería negativo cuando la carga sea inductiva, o positivo
cuando la carga es capacitiva,
Para el factor de potencia los valores están comprendidos desde 0 hasta 1
Carga: CAPACITIVA EFECTIVA INDUCTIVA
90º 60º 30ºº 0º -30º -60º -90º
P
QS
Cos =P/S
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
13
COS 0 0.5 0.87 1 -0.87 -0.5 0
POTENCIA REACTIVA REAL REACTIVA
100% 100% 100%
a) Solamente resistencias efectivas R, como por ejemplo bombillas incandescentes. En
este caso X = 0 y Z = R, es decir, la corriente y el voltaje tienen el mismo recorrido,
o están en fase.
b) Predomina la reactancia inductiva XL. La corriente corre retrasada con voltaje a un
ángulo , debido por ejemplo a transformadores o moto bobinas reactivas en el
circuito.
c) Predomina la reactancia capacitiva Xc. La corriente corre adelantada con voltaje a un
ángulo , debido por ejemplo, a condensadores.
Fig. II.6.3
2. DIVISIÓN DE UNA CORRIENTE ALTERNA DESFASADA EN
SUS COMPONENTES
La corriente desfasada total que circula en un circuito se puede dividir en: corriente real
IR y corriente reactiva Ix, Esta división es equivalente a la corriente en paralelo de una
resistencia efectiva R con una reactancia inductiva XL.
V
I
V
I
V
I
Resistivo
Inductivo
Capacitivo
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
14
Fig. II.6.4
Calculando:
I = V/Z = IR2 + IX
2
La corriente efectiva está en fase con la tensión corriente reactiva tiene un desfase de
90º negativos con respecto a la tensión.
Un bajo factor de potencia indica una mala eficiencia eléctrica, lo cual siempre es
costoso, ya que el consumo de potencia activa es menor que el producto V.l. (potencia
aparente).
Veamos algunos efectos de un bajo factor de potencia:
I) 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.
II) 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.
a) Generadores: La capacidad nominal de generadores se expresa normalmente en
kVA. Entonces, si un generador tiene que proporcionar la corriente reactiva
requerida por aparatos de inducción, su capacidad productiva se ve grandemente
reducida, Una reducción en el factor de potencia de 100% a 80% causa una
reducción en los kW de salida de hasta un 27%.
Ix
x
RIR
I
V
Ix
RI
I
V
Diagrama Vectorial
Diagrama Equivalente
=Nota :
=
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
15
b) Transformadores: La capacidad nominal de transformadores también se expresa en
kVA, en forma similar a la empleada con generadores. De esta manera, a un factor de
potencia de 60%, los kW de potencia disponibles son de un 60% de la capacidad de
placa del transformador. Además, el % de regulación aumenta en más del doble entre
un factor de potencia de 90% y uno de 60%. Por ejemplo: Un transformador que
tiene una regulación del 2% a un factor de potencia de 90% puede aumentarla al 5%
a un factor de potencia del 60%.
c) Líneas de transmisión y alimentadores: En una línea de transmisión, o
alimentador, a un factor de potencia de 60%, únicamente un 60% de la corriente total
produce potencia productiva. Las pérdidas son evidentes, ya que un factor de
potencia de 90%, un 90% de la corriente es aprovechable, y a un factor de potencia
de 100% toda es aprovechable.
3. VENTAJAS DE LA CORRECCIÓN DEL FACTOR DE
POTENCIA
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, nos 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.
4. COMPENSACIÓN
4.1 SIGNIFICADO DE LA COMPENSACIÓN EN REDES DE ALIMENTACIÓN
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
16
Los transformadores, motores, etc. son consumidores inductivos. Para la formación
de su campo magnético estos toman potencia inductiva o reactiva de la red de
alimentación, Esto significa para las plantas generadores de energía eléctrica una
carga especial, que aumenta cuanto más grande es y cuanto mayor es el desfase.
Esta es la causa por la cual se pide a los consumidores o usuarios mantener una
factor de potencia cercano a 1. Los usuarios con una alta demanda de potencia
reactiva son equipados con contadores de potencia reactiva (vatiómetro o vatímetro
de potencia desvatada).
La demanda de potencia reactiva se puede reducir sencillamente colocando
condensadores en paralelo a los consumidores de potencia inductiva QL.
Dependiendo de la potencia reactiva capacitiva Qc de los condensadores se anula
total o parcialmente la potencia reactiva inductiva tomada de la red. A este proceso
se le denomina compensación,
Después de una compensación la red suministra solamente (casi) potencia real. La
corriente en los conductores se reduce, por lo que se reducen las pérdidas en éstos.
Así se ahorran los costos por consumo de potencia reactiva facturada por las
centrales eléctricas.
Con la compensación se reducen la potencia reactiva y la intensidad de la corriente,
quedando la potencia real constante, es decir, se mejora el factor de potencia.
Fig. II.6.5
4.2. POTENCIA REACTIVA DEL CONDENSADOR
Según la ley de Ohm la corriente consumida por un condensador es:
Q
Qc
QL
P
1
2S con
compensación
S sin
compensación
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
17
Ic = V/Xc
con:
Xc = 1 / C IC = V. . C
Anteriormente definimos que Q = V.Ix
En lugar de Ix ponemos nosotros Q = V.Ic = V.V. .C, es decir, la
potencia reactiva de un condensador es:
Q = V2.C en donde:
Magnitud Q V C
Unidad VAr V 1/S F
Esta ecuación es válida tanto para corriente alterna monofásica como para corriente
alterna trífásica, es decir, para condensadores monofásicos y condensadores
trifásicos (o su conexión). Para condensadores conectados en delta o triángulo es
válida la siguiente ecuación considerando:
V la tensión entre conductores exteriores (tensión concatenada), es decir, la tensión
nominal del condensador.
C la capacitancia total del condensador, es decir, la suma de las tres capacitancias.
De Q = V.I se calcula la corriente del condensador Ic como:
Ic = Q/V para corriente monofásica
Ic = Q/ 3V para corriente trifásica
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
18
Fig. II.6.6
4.3 TIPOS DE COMPENSACIÓN.
Las inductividades se compensan con la conexión en paralelo de capacitancias,
conocida como compensación en paralelo. Esta forma de compensación es la más
usual, especialmente en sistemas trifásicos.
Los tres tipos de compensación en paralelo más usados son:
A. Compensación individual: A cada consumidor inductivo se le asigna el
condensador necesario. Este tipo es empleado ante todo para compensar
consumidores grandes de trabajo continuo.
B. Compensación en grupos: Los grupos se conforman de varios consumidores de
igual potencia e igual tiempo de trabajo y se compensan por medio un condensador
común. Este tipo de compensación es empleado, por ejemplo para compensar un
grupo de lámparas fluorescentes.
Magnitud Ic Q V
Unidad A VAr V
C
C
C
V
V
V
Ic
Condensador Trifásico
(Conexion en Delta)
Ic
V
C
Condensador Monofásico
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
19
Fig. II.6.7
C. Compensación central: La potencia reactiva inductiva de varios consumidores
de diferentes potencias y diferentes tiempos de trabajo es compensada por medio de
un banco de compensadores. Una regulación automática compensa según las
exigencias del momento.
4.4 COMPENSACIÓN INDIVIDUAL.
La compensación individual es el tipo de compensación más efectivo. El
condensador se puede instalar junto al consumidor, de manera que la potencia
reactiva fluye solamente sobre los conductores cortos entre el consumidor y el
condensador.
El diagrama muestra la compensación individual de un transformador.
Fig. II.6.8
Con la compensación individual es posible en muchos casos influir negativamente
en el comportamiento del aparato por compensar. La potencia reactiva capacitiva
M M M M M MM M M
Compensación
Individual
Compensación
en grupos Banco
Compensación
Central
Transformador
Regulador
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
20
del condensador no tiene que ser excedida, pues se caería en una "sobre-
compensación"; en el cual por ejemplo se puede causar una elevación de la tensión
con resultados dañinos. Por esto es necesario que el condensador cubra solamente
la potencia reactiva inductiva demandada por el consumidor cuando esté
funcionando sin carga alguna, es decir, al vacío.
4.5 COMPENSACIÓN INDIVIDUAL DE LOS TRANSFORMADORES.
Para la compensación individual de la potencia inductiva de los transformadores de
distribución, se recomiendan como guía los valores dados en la tabla siguiente. A la
potencia nominal de cada transformador se le ha asignado la correspondiente
potencia del condensador necesario, el cual es instalado en el secundario del
transformador.
Potencia nominal del
Transformador 100
160
250
400
630
1000
1600
Potencia reactiva del
Condensador en kVAr 4
6
15
25
40
60
100
4.6. COMPENSACIÓN INDIVIDUAL DE MOTORES.
Para compensar un motor trifásico es necesario probar primeramente si el motor es
arrancado directamente o si es arrancado por medio de un dispositivo arrancador
estrella-delta.
Para un arranque directo, por ejemplo, por medio de una arrancador
electromagnético, la compensación individual es sencilla, El condensador se
conecta directamente a los terminales A,B y C del motor, sin necesidad de más
dispositivos. La potencia reactiva capacitiva necesaria para cada motor está dada en
la tabla siguiente:
Potencia Nominal del
Motor en kW
Potencia reactiva del
Condensador en kVA
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
21
4
5.5
7.5
11
15
18.5
22
30
más de 30
2
2
3
3
4
7.5
7.5
10
más o menos el 35% de la
potencia del motor
Fig. II.6.9
4.7. CASO DE COMPENSACIÓN REACTIVA
Datos :
3 S
M
A
B
C
Arrancador
AB
C
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
22
Instalación con demanda promedio 110 kW, cos1= 0,79 y 4,300 horas de
operación anuales. Costo de Energía Reactiva US$ = 0.012
52. DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DEL CONDENSADOR
Se calcula mediante:
KVAR C = P (kW) * (tan 1 - tan 2) (I)
El factor de potencia requerido será de 0.96.
Según (I) el banco de condensadores será :
110 * 0.485 = 53.35 kVAR
Normalizando se seleccionará un condensador de 50 kVAR
Ahorro de energía reactiva
50 kVAR x 4 300 h = 215,000 kVARh
Ahorro económico
215,000 kVARh x 0.012 US$/kVARh = 2,580 US$
Ahorro de energía activa
Adicionalmente se obtendrá una reducción de pérdidas por efecto Joule al circular
menores intensidades por la instalación.
Inversión
El costo promedio del condensador por kVAR varía entre 25 a 30 US$
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
23
Para este caso la inversión será : 50 kVAR * 30 US$/kVAR
Inversión = 1,500 US$
Período simple de retorno de la inversión (pay back):
Inversión = 7 meses
Ahorro
5. BENEFICIOS DE LA CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA
- Reducción de los pagos por concepto facturación de energía reactiva.
- Disminución de las pérdidas por efecto Joule ( I2R ) en cables y transformadores.
- Reducción de las caídas de tensión.
- Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y generadores.
- Aumento de la vida útil de las instalaciones.
6. EFECTOS DEL BAJO FACTOR DE POTENCIA EN LOS CONDUCTORES
Sistemas de 1, 2 ó 3 fases
Factor de Corriente Aumento Tamaño relativo Aumento en las pérdidas
Potencia Total en la del alambre por calentamiento para
Amperios Corriente para pérdida Tamaño alambre
% % % %
100 100 0 100 0
90 111 11 123 23
80 125 25 156 56
70 143 43 204 104
60 167 67 279 179
50 200 100 400 300
40 250 150 625 525
Fuente: U.R.E. Tesis de grado del Ing. Miguel Zevallos.
7. TABLA DEL FACTOR “K” DE COMPENSACION REACTIVA PARA
CÁLCULO DE LA POTENCIA DEL BANCO DE CONDENSADORES
La tabla presentada en la página 180 se da en función del FACTOR DE POTENCIA de la instalación antes y después de la compensación. Para hallar la potencia del banco de condensadores a instalarse en un sistema
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
24
eléctrico, el factor K hallado se multiplica por la Potencia Activa del sistema eléctrico.
Tan o Cos
antes de la
Compensación
(valor existente)
Tan o Cos deseado (Compensado)
Tan 0,75 0,59 0,48 0,46 0,43 0,40 0,36 0,33 0,29 0,25 0,20 0,14 0,0
Cos 0,80 0,86 0,90 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 1
2,29 0,40 1,557 1,691 1,805 1,832 1,861 1,895 1,924 1,959 1,998 2,037 2,085 2,146 2,288
2,22 0,41 1,474 1,625 1,742 1,769 1,798 1,831 1,840 1,896 1,935 1,973 2,021 2,032 2,225
2,16 0,42 1,413 1,561 1,681 1,709 1,738 1,771 1,800 1,836 1,874 1,913 1,961 2,022 2,164
2,10 0,43 1,356 1,499 1,624 1,651 1,680 1,713 1,742 1,778 1,816 1,855 1,903 1,964 2,107
2,04 0,44 1,290 1,441 1,558 1,585 1,614 1,647 1,677 1,712 1,751 1,790 1,837 1,899 2,041
1,98 0,45 1,230 1,384 1,501 1,532 1,561 1,592 1,626 1,659 1,695 1,737 1,784 1,846 1,988
1,93 0,46 1,179 1,330 1,446 1,473 1,502 1,533 1,567 1,600 1,636 1,677 1,725 1,786 1,929
1,88 0,47 1,130 1,278 1,397 1,425 1,454 1,485 1,519 1,532 1,588 1,629 1,677 1,758 1,881
1,83 0,48 1,076 1,228 1,343 1,370 1,400 1,430 1,464 1,497 1,534 1,575 1,623 1,684 1,826
1,78 0,49 1,030 1,179 1,297 1,326 1,355 1,386 1,420 1,453 1,489 1,530 1,578 1,639 1,782
1,73 0,50 0,982 1,232 1,248 1,276 1,303 1,337 1,369 1,403 1,441 1,481 1,529 1,590 1,732
1,69 0,51 0,936 1,037 1,202 1,230 1,257 1,291 1,323 1,357 1,395 1,435 1,483 1,544 1,686
1,64 0,52 0,894 1,043 1,160 1,188 1,215 1,249 1,281 1,315 1,353 1,393 1,441 1,502 1,644
1,60 0,53 0,850 1,000 1,116 1,144 1,171 1,205 1,237 1,271 1,309 1,349 1,397 1,458 1,600
1,56 0,54 0,809 0,959 1,075 1,103 1,130 1,164 1,196 1,230 1,268 1,308 1,356 1,417 1,559
1,52 0,55 0,769 0,918 1,035 1,063 1,090 1,124 1,156 1,190 1,228 1,268 1,316 1,377 1,519
1,48 0,56 0,730 0,879 0,996 1,024 1,051 1,085 1,117 1,151 1,189 1,229 1,277 1,338 1,480
1,44 0,57 0,692 0,841 0,958 0,986 1,013 1,047 1,079 1,113 1,151 1,191 1,239 1,300 1,442
1,40 0,58 0,665 0,805 0,921 0,949 0,976 1,010 1,042 1,076 1,114 1,154 1,202 1,263 1,405
1,37 0,59 0,618 0,768 0,884 0,912 0,939 0,973 1,005 1,039 1,077 1,117 1,165 1,226 1,368
1,33 0,60 0,584 0,733 0,849 0,878 0,905 0,939 0,971 1,005 1,043 1,083 1,131 1,192 1,334
1,30 0,61 0,549 0,699 0,815 0,843 0,870 0,904 0,936 0,970 1,008 1,048 1,096 1,157 1,299
1,27 0,62 0,515 0,665 0,781 0,809 0,836 0,870 0,902 0,936 0,974 1,014 1,062 1,123 1,265
1,23 0,63 0,483 0,633 0,749 0,777 0,804 0,838 0,870 0.904 0,942 0,982 1,030 1,091 1,233
1,20 0,64 0,450 0,601 0,716 0,744 0,771 0,805 0,837 0,871 0,909 0,949 0,997 1,058 1,200
1,17 0,65 0,419 0,569 0,685 0,713 0,740 0,774 0,806 0,840 0,878 0,918 0,966 1,007 1,169
1,14 0,66 0,388 0,538 0,654 0,682 0,709 0,743 0,775 0,809 0,847 0,887 0,935 0,996 1,138
1,11 0,67 0,358 0,508 0,624 0,652 0,679 0,713 0,745 0,779 0,817 0,857 0,905 0,966 1,108
1,08 0,68 0,329 0,478 0,595 0,623 0,650 0,884 0,716 0,750 0,788 0,828 0,876 0,937 1,079
1,05 0,69 0,299 0,449 0,565 0,593 0,620 0,654 0,686 0,720 0,758 0,798 0,840 0,907 1,049
1,02 0,70 0,270 0,420 0,536 0,564 0,591 0,625 0,657 0,691 0,729 0,796 0,811 0,878 1,020
0,99 0,71 0,242 0,392 0,508 0,536 0,563 0,597 0,629 0,663 0,701 0,741 0,783 0,850 0,992
0,96 0,72 0,213 0,364 0,479 0,507 0,534 0,568 0,600 0,634 0,672 0,712 0,754 0,821 0,963
0,94 0,73 0,186 0,336 0,452 0,480 0,507 0,541 0,573 0,607 0,645 0,685 0,727 0,794 0,936
0,91 0,74 0,159 0,309 0,425 0,453 0,480 0,514 0,546 0,580 0,618 0,658 0,700 0,767 0,909
0,88 0,75 0,132 0,282 0,398 0,426 0,453 0,487 0,519 0,553 0,591 0,631 0,673 0,740 0,882
0,86 0,76 0,105 0,225 0,371 0,399 0,426 0,460 0,492 0,526 0,564 0,604 0,652 0,713 0,855
0,83 0,77 0,079 0,229 0,345 0,373 0,400 0,434 0,466 0,500 0,538 0,578 0,620 0,687 0,829
0,80 0,78 0,053 0,202 0,319 0,347 0,374 0,408 0,440 0,474 0,512 0,552 0,594 0,661 0,803
0,78 0,79 0,026 0,176 0,292 0,320 0,347 0,381 0,413 0,447 0,485 0,525 0,567 0,634 0,776
0,75 0,80 0,150 0,266 0,294 0,321 0,355 0,387 0,421 0,459 0,499 0,541 0,608 0,750
0,72 0,81 0.124 0,240 0,268 0,295 0,329 0,361 0,395 0,433 0,473 0,515 0,582 0,724
0,70 0,82 0,098 0,214 0,242 0,269 0,303 0,335 0,369 0,407 0,447 0,489 0,556 0,698
0,67 0,83 0,072 0,188 0,216 0,243 0,277 0,309 0,343 0,381 0,421 0,463 0,530 0,672
0,65 0,84 0,046 0,162 0,190 0,217 0,251 0,283 0,317 0,355 0,395 0,437 0,504 0,645
0,62 0,85 0,020 0,136 0,164 0,191 0,225 0,257 0,291 0,329 0,369 0,417 0,478 0,620
0,59 0,86 0,109 0,140 0,167 0,198 0,230 0,264 0,301 0,343 0,390 0,450 0,593
0,57 0,87 0,083 0,114 0,141 0,172 0,204 0,238 0,275 0,317 0,364 0,424 0,567
0,54 0,88 0,054 0,085 0,112 0,143 0,175 0,209 0,246 0,288 0,335 0,395 0,538
0,51 0,89 0,028 0,059 0,086 0,117 0,149 0,183 0,230 0,262 0,309 0,369 0,512
0,48 0,90 0,031 0,058 0,089 0,121 0,155 0,192 0,234 0,281 0,341 0,484
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
25
Ejemplo de cálculo de la potencia de un banco de condensadores a través del
Factor K:
Para obtener en una instalación de 100 kW un Factor de Potencia de 0,97 (tg =0,25),
en el cual existe actualmente un Factor de Potencia de 0.83 (tg = 0,67), se tiene que
seleccionar primero el Factor K, el cual se obtiene cruzando los factores de potencia
existentes (columna vertical) y el deseado (fila horizontal).
Para este caso, del cruce obtenido de los Factores de Potencia existentes y deseado se
tiene que el Factor K es de 0.421, con la cual se determinara la potencia del banco de
condensadores (Qc) a través de la siguiente relación:
Qc = Potencia Activa x Factor K
Según la relación descrita, la Potencia del Banco de Condensadores (Qc) seleccionado
es de 42.1 kVAr para cualquier valor nominal de la tensión de la instalación.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
26
CAPÍTULO II.6:
CALIDAD DE ENERGÍA ELÉCTRICA
Calidad de energía es un término utilizado para referirse al estándar de calidad que debe
tener el suministro de corriente alterna en las instalaciones eléctricas, en términos de:
- Tensión o voltaje constante
- Forma de onda sinusoidal
- Frecuencia constante
Las desviaciones respecto a los estándares de calidad ocasiona problemas en los equipos
eléctricos.
Actualmente en el Perú se cuenta con la Norma Técnica de Calidad de los Servicios
Eléctricos (NTCSE) aprobada en octubre de 1997, en la que se establecen las
disposiciones que fijan los estándares mínimos de calidad que garanticen a los usuarios
un suministro eléctrico continuo, adecuado, confiable y oportuno. La Norma también
establece que los usuarios finales de la energía eléctrica están obligados a cumplir
ciertos requerimientos mínimos que aseguren una buen empleo de la energía eléctrica y
que no ocasionen perturbaciones en las redes eléctricas.
La causa de estas perturbaciones se debe principalmente al auge de la electrónica de
potencia que en los últimos años han permitido un uso más eficiente de la energía
eléctrica y aumentos considerables en la productividad de los procesos industriales pero,
por otra parte, han provocado una situación problemática, a veces grave, donde las
corrientes armónicas generadas por los propios equipos electrónicos distorsionan la
onda de corriente sinusoidal original y perturban la operación de estos mismos equipos,
provocando además, calentamientos excesivos y pérdidas de energía en máquinas
eléctricas, conductores y demás equipos del sistema eléctrico. El problema no sólo
puede sufrirlo el propio usuario propietario de equipos generadores de armónicas, sino
que a través de las líneas de distribución y de transmisión puede propagarlo a otros
usuarios de la red eléctrica.
Los parámetros de calidad de producto definidos por la Norma Técnica de Calidad, son
los siguientes:
Tensión: Las tolerancias admitidas sobre las tensiones nominales de los puntos de
entrega, en todas las etapas y en todos los niveles de tensión, es de hasta el 5.0% de
las tensiones nominales de tales puntos.
Frecuencia: Variaciones sostenidas de frecuencia
Perturbaciones: a) Tensiones armónicas individuales. El Factor de Distorsión total de
tensiones armónicas (THD) no debe superar el 3% para tensiones
mayores de 60 kV y 5% para tensiones menores de 60 kV.
b) Flícker
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
27
1. DÓNDE PUEDE ORIGINARSE LA MALA CALIDAD DE
ENERGÍA.
Puede tener dos orígenes:
El primero, en la acometida de la red eléctrica que alimenta la instalación por
deficiencias del suministro. El segundo, en la propia instalación.
Los equipos electrónicos modernos (computadoras, variadores de frecuencia, UPS,
balastos electrónicos) utilizan un dispositivo de electrónica de potencia (diodos,
transistores y tiristores) que convierten la corriente alterna en corriente directa y
trabajan en un modo de interrupción (switching), que funciona a manera de
pulsaciones que no tienen forma de onda de voltaje sinusoidal.
Aproximadamente el 50% de la energía pasa por estos dispositivos antes de ser
finalmente aprovechada.
Al resultar corrientes no sinusoidales se produce la distorsión
armónica y consumos no lineales.
Problemas que genera la mala calidad de energía
- Generación de corrientes armónicas
- Fugas de corrientes en la red de tierra
- Variaciones de voltaje
Estos fenómenos técnicos ocurren por dos razones
principalmente:
- La instalación de equipo electrónico en un ambiente determinado sin haber hecho
las modificaciones necesarias en la instalación eléctrica, de tal manera que no hay
un equilibrio entre el consumo de energía y la instalación que soporta este
consumo.
- La construcción de edificaciones sin el conocimiento de la carga eléctrica que se
requerirá.
2. ARMÓNICAS
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
28
2.1. ARMÓNICA
Son frecuencias enteras o múltiplos de números enteros de frecuencias
fundamentales. Cuando estas se combinan con las ondas sinusoidales fundamentales
forman una onda distorsionada, repetitiva, no sinusoidal.
Equipos de consumo no lineal como computadoras y televisores debido al empleo de
un circuito de rectificación o fuente de poder, generan corrientes armónicas que
pueden ocasionar problemas de distorsión lo cual se refleja en:
- Operación errática de equipo computarizado
- Sobre calentamiento de equipo y conductores
- Falla prematura de equipos
- Disparo de interruptores
2.2. SOLUCIÓN A ESTOS PROBLEMAS
- Mantener baja la impedancia eléctrica
- Preparar el circuito para que sea capaz de asimilar el contenido de corrientes
armónicas que el equipo instalado va a generar
- Balancear correctamente las cargas en los conductores/fases (3) del suministro.
Por ejemplo es común observar en grandes edificios que se deja
un tablero de uso exclusivo para conectar computadoras y
equipos electrónicos. Si el tablero es trifásico, se tendrá en las
tres fases un consumo como el de la tabla siguiente y por el
neutro circularán las armónicas impares múltiplos de 3,
observando que las corrientes en el neutro son superiores a los
valores de fase, situación que, si no es prevista por el
proyectista producirá problemas. Normalmente el conductor de
neutro no tiene protección de sobrecarga.
Corriente
(A rms)
Fase A 410
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
29
Fase B 445
Fase C 435
Neutro 548
2.3. EFECTOS DE LAS CORRIENTES ARMÓNICAS
A. Resonancia de condensadores de compensación del factor de potencia
Los condensadores aumentan la distorsión de un sistema y contribuyen a producir el
fenómeno de resonancia, es decir, un aumento de la distorsión enormemente elevado,
que termina por hacer colapsar condensadores o transformadores, si es que las
protecciones no operan debido precisamente a la presencia de armónicas en el
sistema.
La solución del problema consiste en agregar una inductancia en serie con el
condensador de compensación reactiva como se muestra en la figura adjunta. Si bien,
la distorsión puede disminuir levemente, lo más relevantes es que desaparecen los
riesgos de resonancia. Los condensadores antiresonantes tienen precios superiores.
B. Circuito equivalente armónico de un sistema con condensadores de
compensación de factor de potencia
Fig. II.6.1
C. COMPENSACIÓN DE POTENCIA REACTIVA ANTIRESONANTE
Transformador
Condensador Fuente de
Armónicas
LTC
Ih
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
30
Fig. II.6.2
2.4. INCREMENTO DE PÉRDIDAS
Las corrientes armónicas producen un incremento de las pérdidas. En el caso del
transformador se producen dos pérdidas relevantes:
- Las pérdidas proporcionales a la resistencia de los arrollamientos y a la suma al
cuadrado de las corrientes fundamentales y armónicas.
- Las pérdidas por corrientes parásitas que son proporcionales al cuadrado de la
corriente armónica y al cuadrado del orden de la armónica.
En cables y conductores de cobre sólo la primera de ellas está presente y por tanto, es
relativamente simple calcularlas con los procedimientos conocidos.
Para el caso de transformadores el cálculo es más complicado. De no existir datos
fidedignos las pérdidas por corrientes parásitas son un 15% de las pérdidas por
resistencia en los arrollamientos.
2.5. ERRORES DE INSTRUMENTOS
La presencia de armónicas afecta severamente la lectura de los instrumentos.
Instrumentos de aguja de tipo electrodinámico
Su principio de funcionamiento es tal que indican el verdadero valor efectivo (true rms) de la
onda. Dado que emplean inductancias y sólo consideran usualmente hasta la armónica 5 en
forma fidedigna.
Ih
TransformadorCondensador
Antiresonante
Fuente de
Armónicas
LTLF
CF
LT = 5.09 mH
C = 11.3 uF
Ih = 38 A (h=5)
LF = 0.0628
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
31
Instrumentos digitales con rectificador a la entrada
Miden el valor medio de la onda rectificada. Si la onda tiene armónicas, el instrumento mide un valor inferior al valor eficaz. En la medición de corrientes como las registradas en las computadoras, el instrumento mide un 30% menos que el valor efectivo
(rms).
Instrumentos de verdadero valor efectivo (true rms)
Son instrumentos digitales, que emplean un sensor que registra la elevación de
temperatura por una resistencia por la cual circula corriente a medir. Por tanto, el
instrumento mide el verdadero valor efectivo de la corriente o voltaje, incluyendo
todas las armónicas.
Instrumentos para medir armónicas
Para determinar el contenido armónico, no existe otro procedimiento que emplear un medidor de armónicas, los que en general despliegan en pantalla las formas de onda, el valor de la fundamental, de cada armónica, el valor efectivo, el valor máximo y la
distorsión total.
Fig . II.6.3
EJEMPLO
53. FACTOR K DE UN RECTIFICADOR TRIFÁSICO
h
1
I h %
100
Ih 2
10000
H2
Ih 2
1000
CARGA MÁXIMA DE UN TRANSFORMADOR
CA
RG
A M
ÁX
IMA
(%
)
FACTOR K
0.5
0.4
0.6
0.7
0.8
0.9
1
3020 2515105
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
32
5
7
11
13
17
19
17.5
11.0
4.5
2.9
1.5
1.0
306,25
121,00
20,26
8,41
2,25
1,00
7656,25
5929,00
2450.25
1421,29
650,25
361,00
SUMA 459,16 28468,04
FACTOR K= 28468 / 10459 = 2.72
TABLA I
Características límites de las perturbaciones
Término empleado
Distorsión armónica
Diferencia de voltaje entre
Descripción
El voltaje deja de ser sinusoidal la distorsión de voltaje total es mayor
que un 5%. La corriente es superior al 20%.
Por el conductor de neutro circula la corriente debida a los
desequilibrios entre cada fase y a componentes armónicas
principalmente de órden 3.
El voltaje en el conductor de neutro no debe ser superior a 0.6 V.
Puede medirse como voltaje entre neutro y tierra.
TABLA 2
Efectos de la distorsión armónica
Equipo
Transformador
Condensadores
Motores de inducción
Cables de conexión
Equipos de computación
Efectos observados
Sobrecalentamiento si el factor K es elevado (superior a 2.7) y la
carga es superior al 90% de la nominal.
Los condensadores (de compensación de factor de potencia de
iluminación, por ejemplo) se queman si la corriente por ellos es más
que 1.3 veces su corriente nominal.
Sobrecalentamiento y vibraciones excesivas si las distorsión de
tensión es superior al 5%.
Sobrecalentamiento si el valor efectivo de la corriente (medido con un
instrumento true rms) es superior al que soporta el cable.
Pérdidas de algunos datos y daños en algunas componentes
electrónicas debido a que el voltaje máximo es superior al nominal o a
que existe un diferencial de voltaje entre neutro y tierra.
TABLA 3
Medidas de mejoramiento de instalaciones eléctricas contaminadas por armónicas
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
33
Equipo o instalación
Distribución de electricidad
Condensadores
Equipos contaminantes
Proyecto o mejoramiento
Dimensionamiento de conductores considerando armónicas.
Disminución de las corrientes por el neutro mediante balance de
cargas.
Disminución de las corrientes armónicas mediante filtros y
transformadores de aislación.
Tableros separados para equipos sensibles.
Sustitución por condensadores antiresonantes.
Mejoramiento de los equipos (exigencia a los fabricantes de ubicar
filtros de líneas o reactancias serie).
Ejemplo: Transformadores de aislación.
Fuente: Calidad de Energía Eléctrica - PROCOBRE
3. FUGAS DE CORRIENTE EN LA RED DE TIERRA
Algunos equipos electrónicos filtran la corriente alterna porque
tienen un consumo no lineal. El voltaje filtrado aparece como
corrientes en el sistema de tierra que tienen frecuencias muy
altas (hasta 100 kHz) y que no están sincronizadas con la
fundamental de 60 Hz. Estas corrientes que provienen de
diferentes equipos se combinan en su desplazamiento hacia
tierra. El resultado de esto son las fugas que se encuentran en
los principales puntos de tierra. Originalmente la puesta a tierra
tiene el propósito de seguridad, hoy adicionalmente debe estar
preparada para recibir corrientes adicionales. El mal
funcionamiento de la conexión a tierra puede ocasionar:
- Shocks eléctricos.
- Interferencias con los equipos.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
34
Prevención de estos problemas
- Mantener bajas las impedancias en la ruta a tierra.
- Disponer un plano del sistema de tierra detallado de tal manera que establezca
claramente el origen, el destino de los cables y si estos pueden ser
desconectados.
4. REGULACIÓN DE VOLTAJE
La regulación de voltaje es una de las características relevantes de la calidad de la red
eléctrica.
La causa principal para definir las variaciones de voltaje, con respecto al valor nominal,
se relaciona con garantizar el funcionamiento de equipos en rangos específicamente
determinados. Los equipos que son más afectados por una mala regulación de voltaje
son las luminarias (que disminuyen su vida útil cuando el voltaje crece) y los
motores eléctricos (que aumentan sus pérdidas y arrancan con dificultad cuando el
voltaje es bajo).
Las variaciones típicas de voltaje son las siguientes:
- Pico de alto voltaje.
- Caídas de voltaje.
- “Parpadeo” de voltaje.
Prevenir o solucionar estos problemas
- Circuitos dedicados para equipo electrónico especial con sus correspondientes
instalaciones de back up como por ejemplo UPS.
- Empleo de conductores adecuadamente dimensionados.
- Compensación del factor de potencia.
- Un sistema de conexión a tierra con un buen diseño y mantenimiento.
- Instalación de eliminadores de sobretensión para protección de áreas claves.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
35
5. FLUCTUACIONES DE VOLTAJE
Las fluctuaciones de voltaje no sólo incrementan
momentáneamente las pérdidas I2R por calor sino que en mayor
grado afectan el funcionamiento, rendimiento y vida útil de los
equipos conectados al sistema. Estas fluctuaciones son causadas
principalmente por grandes cargas fluctuantes como los equipos
de soldadura.
El primer método básico para manejar el problema y reducir sus
efectos sería instalar un alimentador o subestación separada
para este tipo de cargas; este método tiende a aislar
eléctricamente la carga fluctuante de la carga que requiere
voltaje uniforme.
Si esto no fuera posible, la variación brusca de corriente deberá
limitarse a un mínimo, el arranque de motores con voltaje
reducido ayuda a reducir la caída de voltaje lo mismo que la
corriente de arranque. Existen varios métodos de arranque a
voltaje reducido y su selección para el caso determinado
depende del tamaño y tipo de carga, niveles de fallo y otras
consideraciones. Si las fluctuaciones persisten es recomendable
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
36
utilizar equipos de regulación de voltaje de alta velocidad,
como un transformador estabilizador de voltaje delante del
equipo de soldadura.
La fuente de voltaje para los equipos de soldadura no deberá
variar más del 10%, por debajo del valor nominal durante la
soldadura. Una fuente de energía inadecuada puede causar una
soldadura lenta o incluso malas soldaduras. Este punto adquiere
mayor importancia cuando la carga de soldadura representa una
porción considerable de la carga total de la planta.
6. ARMÓNICOS EN EL SISTEMA
Un armónico es una componente senoidal de una señal
periódica que tiene una frecuencia que es un múltiplo entero de
la frecuencia fundamental.
Entre los efectos producidos por los armónicos, se encuentran:
- Calentamiento en cables transformadores y máquinas
rotatorias.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
37
- Errores en los medidores tipo inducción
- Aparición de sobretensiones armónicas; lo que ocasiona
fallas, especialmente en bancos de condensadores
- Mal funcionamiento de los equipos electrónicos de control,
de protección, de medida y de telecomunicación.
Los efectos de los armónicos pueden eliminarse reduciendo la
magnitud de las corrientes o voltajes armónicos que se
producen en el sistema. La reducción puede hacerse mediante la
instalación de filtros o mediante conexión de la carga a un nivel
de tensión para el cual el efecto de los armónicos sea menos
considerable.
El objetivo de un filtro de armónicos es proporcionar una
trayectoria a tierra de baja impedancia para los armónicos de
voltaje o corriente, con el fin de facilitar su circulación a tierra
y prevenir su propagación en el resto del sistema.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
38
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
39
CAPÍTULO III.1:
TARIFAS ELÉCTRICAS - FORMACIÓN DE LOS
PRECIOS DE LA ELECTRICIDAD
1. GENERACIÓN Y TRANSMISIÓN Los precios de la Electricidad para cada cliente representa el costo de abastecer el suministro de manera
económica y se estructuran de acuerdo a los componentes que forman cada sistema eléctrico. De acuerdo
con la Ley de Concesiones Eléctricas (Ley 25844) el sector eléctrico se divide en tres actividades:
generación, transmisión y distribución.
1. La actividad de generación (G) constituye el inicio de la cadena de costos e involucra las centrales
eléctricas y sus instalaciones de transmisión (subestaciones de transformación y líneas) necesarias
para transportarla energía producida y colocarla a disposición de los clientes. Los puntos donde la
energía eléctrica está a la disposición de todos los clientes se denominan «subestaciones base» o
«barras base». El costo de la generación es cubierto por los precios base de energía y potencia. El
precio base de energía viene expresado en céntimos de sol por kilowatthora (kWh) y el precio base
de la potencia en soles por kilowatt (kW).
2. La actividad de transmisión (T) se subdivide en transmisión principal y transmisión secundaria. El
sistema principal de transmisión (SPT) está conformado únicamente por las líneas de transmisión que
unen subestaciones o barras base y permiten el libre tránsito de la electricidad sin asignar
responsabilidad particular a ningún generador por dicho transito. El conjunto de barras y líneas que
forman el SPT constituye un mercado mayorista para el desarrollo de las transacciones del negocio
eléctrico. El sistema secundario de transmisión (SST) está conformado por las subestaciones de
líneas y barras de transmisión en las cuales es posible identificar al usuario (generador, distribuidor o
cliente final) responsable por el uso de dichas instalaciones. El SST permite en un caso a los
generadores colocar su energía en el mercado mayorista (SSTg) o directamente a un cliente, y en el
otro caso, la adquisición de energía del mercado mayorista para un cliente en particular (SSTd).
3. La actividad de distribución (D) está conformada por las redes de media (MT) y baja (BT) tensión
necesaria para distribuir la energía comprada a los generadores desde el mercado mayorista hacia los
consumidores o usuarios finales.
Las redes eléctricas del sistema peruano están clasificados en 4 niveles de tensión:
1. Muy alta tensión (MAT),tensiones superiores a 100kV.
2. Alta tensión (AT), tensiones superiores a 30kv e inferiores a 100kV.
3. Media tensión (MT), tensiones superiores a 440 V e inferiores a 30kV.
4. Baja tensión (BT), tensiones inferiores a 440 V.
La Fig. III.1.1 muestra en forma simplificada la estructura del sector eléctrico y la formación del precio.
Se observa la descomposición vertical del sistema eléctrico (generación, transmisión y distribución) y la
agregación de costos para cada barra de consumo. Los precios en la barra base (barra A) del sistema
incluyen los costos degeneración más los costos de transmisión principal. Los precios en la barra D
(llamada también barra equivalente de media tensión) incorporan al precio de la barra base los costos de
transmisión secundaria desde la barra A hasta la barra D (subestaciones y líneas). Los precios en la barra
F (de clientes de baja tensión) incorporan al precio de la barra D los costos de distribución en media y
baja tensión.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
40
Fig. III.1.1
Tal como se muestra en la Fig. III.1.2, el precio base está formado por los costos de generación y los
costos del sistema principal de transmisión, estando ubicados en las barras de MAT del sistema eléctrico.
Por otro lado el precio en la barra equivalente de media tensión (MT) es igual a la suma del precio base
más los costos del SST. El precio a los clientes finales de BT son iguales al precio de la barra equivalente
de MT más el valor Agregado de distribución (VAD) de la empresa distribuidora. Si bien las figuras
superiores muestran la agregación de los costos para formar los precios a los diversos clientes según su
ubicación en red eléctrica (barra base de origen y nivel de tensión de suministro), es necesario precisar
que las tarifas se estructuran en costos fijos y costos variables. Los costos fijos vienen expresados
generalmente por unidad de potencia y los costos variables por unidad de energía.
2. DISTRIBUCIÓN Las tarifas de electricidad a cliente final reconocen los costos de Generación, Transmisión y Distribución,
las mismas que son reguladas por la CTE.
En el siguiente esquema se muestra la formación del precio de electricidad desde el precio en barra
publicado hasta el precio aplicable a los clientes finales de media y baja tensión.
STPBASE
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
41
MT
BT
SE MT/ BT
Usuario
Baja
Tensión
Distribución MT Distribución BT
Precio en Barra Equivalente MT
MT
AT
Usuario
Media
Tensión
Precio en Barra AT
MAT
Generación
Transmisión
Precio en Barra MAT
Transmisión Secundaria
• Pérdidas Marginales de Potencia y Energía
• Peajes de Conexión por Transformación y Transporte
• VADBT• Pérdidas de potencia
y energía en BT
• VADMT• Pérdidas de potencia
y energía en MT
Fig. III.1.2
A continuación explicaremos el procedimiento de cálculo tarifario a clientes finales a partir de los precios
en la barra equivalente de media tensión. Valor Agregado de Distribución (VAD)
El VAD representa el costo total en que se incurre para poner a disposición del cliente la potencia y
energía desde la barra equivalente de media tensión hasta el punto de empalme de la acometida.
VAD
• Costos asociados al usuario
• Pérdidas estándares de
distribución en potencia y energía
• Costos estándares de inversión,
mantenimiento y operación
En el siguiente esquema se muestra la desagregación de los costos de distribución. Para un cliente en
media tensión los precios en barra equivalente se expanden adicionando el valor agregado de media
tensión más las pérdidas de energía y potencia asociadas en media tensión. Para un cliente en baja tensión
a los precios obtenidos para el cliente en media tensión se adiciona el valor agregado de baja tensión más
las pérdidas de energía y potencia asociadas en baja tensión.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
42
PBEMT : Precios en barra equivalente de media tensión
VADMT : Valor agregado de distribución MT
FPMT : Factor de expansión de pérdidas MT
VADBT : Valor agregado de distribución BT
FPBT : Factor de expansión de pérdidas BT
La Resolución N° 023-97 P/CTE fija los valores agregados de distribución y las fórmulas tarifarias de las
tarifas aplicables a clientes finales en media y baja tensión del servicio público de electricidad.
Opciones Tarifarias
La Resolución N° 024-97 P/CTE establece las opciones tarifarias y condiciones de aplicación aplicables a
los clientes finales.
Media TensiónMT2 : 2E2P
MT3 : 2E1P Calificación: p y fpMT4 : 1E1P Calificación: p y fp
Media TensiónMT2 : 2E2P
MT3 : 2E1P Calificación: p y fpMT4 : 1E1P Calificación: p y fp
Baja TensiónBT2 : 2E2P
BT3 : 2E1P Calificación: p y fpBT4 : 1E1P Calificación: p y fp
BT5 : 1EBT6 : 1P
Baja TensiónBT2 : 2E2P
BT3 : 2E1P Calificación: p y fpBT4 : 1E1P Calificación: p y fpBT5 : 1E
BT6 : 1P
Opciones de Medida2E2P : Dos mediciones de energía y dos de potencia2E1P : Dos mediciones de energía y una de potencia
1E1P : Una medición de energía y una de potencia1E : Una medición de energía
1P : Una medición de potencia
Calificaciónp : Calificación como presente en puntafp : Calificación como presente fuera de punta
Calificación de los Sistemas Eléctricos de Distribución
PBEMT
VADMT
FPMT
FPBT
VADBT
G y T
D - MT
D - BT
Costo Media Tensión
Costo Baja Tensión
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
43
La Resolución Directoral N 101-97-EM/DGE estableció los sectores típicos de distribución para el
período Noviembre 1997 – Octubre 2001 y la metodología de calificación de los sistemas eléctricos en
cada uno de los sectores típicos. Los sectores típicos de distribución establecidos son:
Sector Descripción Sistema Eléctrico
Representativo
Sector 1 Urbano de alta densidad Lima Sur
Sector 2 Urbano de media y baja densidad Huancayo
Sector 3 Urbano rural Abancay
Sector 4 Rural Valle Sagrado
Tarifas a Clientes Finales en Media y Baja Tensión
El modelo de cálculo de las tarifas a clientes finales toma los precios en barra equivalente de media
tensión y a través de las variables y constantes de cálculo se obtienen los cargos máximos por opción
tarifaria en media y baja tensión.
VADMT VADBT
CFE CFS
CFH CER
Precios en Barra
Equivalente MT
Variables
Constantes
FCPPMT - BT / FCFPMT - BT
CMT - BT PP / CMT - BT FP
PEMT - BT / PPMT - BT (Anual)
NHUBT
PTPMT - BT
FBP / Ep (Anual )
Factor de Economía de Escala (Anual)
PP
PEPP
PEFP
CARGOS MAXIMOS POR
OPCION TARIFARIA
MT y BT
MODELO DE
CALCULO
TARIFARIO
54. 3. CONSTANTES DE CÁLCULO Las constantes de cálculo son factores que se utilizan dentro del cálculo tarifario para calcular las tarifas
de los clientes finales en función al nivel de tensión de suministro, su presencia en el sistema como cliente
en punta o fuera de punta y la opción de medida elegida por el cliente.
Asimismo, se considera los factores de economía de escala, el factor de ponderación del precio de la
energía en barra y el factor de balance de potencia.
3.1 FACTORES DE CORRECCION DEL VAD
El factor de corrección modifica el VAD por las ventas de potencia en horas fuera de punta de las
empresas de distribución.
PTPMT : Factor de Corrección del VADMT
PTPBT : Factor de Corrección del VADBT
Empresa PTPMT PTPBT
Coelvisa 0.96 0.99
Edecañete 0.96 0.99
Edelnor 0.93 0.93
Electro Centro 0.96 0.99
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
44
Electro Norte 0.96 0.99
Electro Norte Medio 0.96 0.99
Electro Nor Oeste 0.96 0.99
Electro Oriente 0.93 0.99
Electro Sur 0.90 0.96
Electro Sur Este 0.96 0.99
Electro Sur Medio 0.90 0.99
Electro Ucayali 0.96 0.99
Emsemsa 0.99 0.99
Luz del Sur 0.95 0.91
Seal 0.96 0.99
Sersa 0.99 0.99
Otras 0.99 0.99
El PTPMT y PTPBT para sistemas aislados con demandas máximas menores a 12 MW es igual a 0.99 y
0.99 respectivamente.
3.2 FACTORES DE EXPANSIÓN DE PÉRDIDAS EN MT Y BT
Los factores de expansión de pérdidas representan el valor reconocido por la venta de cada unidad de
potencia o energía dentro de cada subsistema de distribución.
PEMT y PPMT : Factor de Expansión de Pérdidas de Energía y Potencia en MT
PEBT y PPBT : Factor de Expansión de Pérdidas de Energía y Potencia en BT
Para el período de regulación Noviembre 1997 – Octubre 2001, se ha previsto la reducción gradual de las
pérdidas reconocidas en cuatro etapas de un año cada una.
Los factores de expansión de pérdidas por empresa y por sector típico para la primera etapa (01/11/97 al
31/10/98) son:
Sector 1 Sector 3
Empresa PEMT PPMT PEBT PPBT Empresa PEMT PPMT PEBT PPBT
Edelnor 1.0237 1.0320 1.1559 1.1850 Coelvisa 1.0281 1.0527 1.2026 1.2816
Luz del Sur 1.0237 1.0320 1.1559 1.1850 Edecañete 1.0297 1.0533 1.1743 1.2622
Edelnor 1.0297 1.0533 1.1743 1.2622
Electro Centro 1.0281 1.0527 1.2026 1.2816
Electro Norte 1.0281 1.0527 1.2026 1.2816
Sector 2 Electro Norte
Medio
1.0281 1.0527 1.3017 1.3794
Electro Nor
Oeste
1.0281 1.0527 1.2026 1.2816
Empresa PEMT PPMT PEBT PPBT Electro Oriente 1.0281 1.0527 1.2026 1.2816
Edecañete 1.0263 1.0429 1.1559 1.2184 Electro Sur 1.0281 1.0527 1.2026 1.2816
Edelnor 1.0263 1.0429 1.1559 1.2184 Electro Sur Este 1.0281 1.0527 1.2026 1.2816
Electro Centro 1.0248 1.0423 1.1832 1.2364 Electro Sur
Medio
1.0281 1.0527 1.2026 1.2816
Electro Norte 1.0248 1.0423 1.1832 1.2364 Seal 1.0400 1.0647 1.2136 1.2930
Electro Norte
Medio
1.0248 1.0423 1.2791 1.3272
Electro Nor
Oeste
1.0248 1.0423 1.1832 1.2364 Sector 4
Electro Oriente 1.0248 1.0423 1.1832 1.2364
Electro Sur 1.0248 1.0423 1.1832 1.2364 Empresa PEMT PPMT PEBT PPBT
Electro Sur Este 1.0248 1.0423 1.1832 1.2364 Edelnor 1.0297 1.0533 1.1743 1.2622
Electro Sur
Medio
1.0248 1.0423 1.1832 1.2364 Electro Centro 1.0281 1.0527 1.2026 1.2816
Electro Ucayali 1.0248 1.0423 1.1832 1.2364 Electro Sur 1.0281 1.0527 1.2026 1.2816
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
45
Emsemsa 1.0248 1.0423 1.1832 1.2364 Electro Sur Este 1.0281 1.0527 1.2026 1.2816
Seal 1.0365 1.0540 1.1939 1.2471 Electro Sur
Medio
1.0281 1.0527 1.2026 1.2816
Sersa 1.0248 1.0423 1.1832 1.2364 Seal 1.0400 1.0647 1.2136 1.2930
3.3 FACTORES DE COINCIDENCIA EN MT Y BT
Los factores de coincidencia representan la simultaneidad de las máximas demandas de los clientes
agrupados por nivel de tensión respecto a la máxima demanda del conjunto de clientes.
FCPPMT y FCFPMT : Factor de Coincidencia para demandas de punta y fuera de punta en MT
FCPPBT y FCFPBT : Factor de Coincidencia para demandas de punta y fuera de punta en BT
Factor Sector 1 Sector 2 Sector 3 Sector 4
FCPPMT 0.899 0.861 0.750 0.750
FCFPMT 0.905 0.839 0.713 0.713
FCPPBT 0.876 0.790 0.752 0.752
FCFPBT 0.832 0.587 0.576 0.576
3.4 FACTORES DE CONTRIBUCIÓN A LA PUNTA EN MT y BT
Los factores de contribución a la punta representan la participación de los clientes de simple medición de
potencia en la punta del sistema.
CMTPP y CMTFP : Factor de Contribución en MT para demandas presentes en punta y fuera de
punta
CBTPP y CBTFP : Factor de Contribución en BT para demandas presentes en punta y fuera de
punta
- Opciones tarifarias MT3, MT4, BT3 y BT4
Factor Sector 1 Sector 2 Sector 3 Sector 4
CMTPP 0.70 0.70 0.77 0.77
CMTFP 0.49 0.35 0.38 0.38
CBTPP 0.61 0.62 0.66 0.66
CBTFP 0.37 0.27 0.28 0.28
- Opción tarifaria BT4 (Alumbrado Público)
Factor Sector 1 Sector 2 Sector 3 Sector 4
CBTPP 1.00 1.00 1.00 1.00
3.5 NÚMERO DE HORAS DE USO (NHUBT)
El NHUBT representa el número de horas mensuales promedio de utilización de los clientes de la opción
tarifaria BT5.
Factor Sector 1 Sector 2 Sector 3 Sector 4
NUHBT 400 320 300 275
3.6 FACTORES DE ECONOMIA A ESCALA
Los factores de economía de escala consideran la reducción de los valores agregados de distribución y
cargos fijos por la disminución de la incidencia de las inversiones y costos fijos respecto a las variables a
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
46
medida que aumentan las ventas de electricidad por el incremento en el número y consumo de los
clientes.
A partir de la fecha que se indica, los valores del VADMT, VADBT, CFE, CFS y CFH deben ser
multiplicados por los factores de economía de escala siguientes:
- Sector 1
Fecha CFE
CFS
CFH
VADMT VADBT
01/11/1997 1.0000 1.0000 1.0000
01/11/1998 0.9940 0.9938 0.9938
01/11/1999 0.9850 0.9876 0.9876
01/11/2000 0.9840 0.9875 0.9815
- Sector 2
Fecha CFE
CFS
CFH
VADMT VADBT
01/11/1997 1.0000 1.0000 1.0000
01/11/1998 0.9948 0.9843 0.9848
01/11/1999 0.9896 0.9690 0.9698
01/11/2000 0.9845 0.9539 0.9552
- Sector 3
Fecha CFE
CFS
CFH
VADMT VADBT
01/11/1997 1.0000 1.0000 1.0000
01/11/1998 0.9941 0.9927 0.9927
01/11/1999 0.9883 0.9854 0.9859
01/11/2000 0.9825 0.9782 0.9782
- Sector 4
Fecha CFE
CFS
CFH
VADMT VADBT
01/11/1997 1.0000 1.0000 1.0000
01/11/1998 0.9911 0.9940 0.9929
01/11/1999 0.9822 0.9880 0.9859
01/11/2000 0.9735 0.9821 0.9789
3.7 FACTOR DE PONDERACIÓN DEL PRECIO DE LA ENERGÍA EN BARRA (Ep)
El Ep pondera el precio de la energía en horas punta y en horas fuera de punta en la barra equivalente de
MT. De esta manera, se determina el cargo por energía de las opciones tarifarias de sinple medición de
energía.
PEFPEpPEPPEpPE )1(
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
47
Ep : Factor de Ponderación de Energía para tarifas monomias
PEPP : Precio de Energía de Punta en la Barra Equivalente de MT
PEFP : Precio de Energía Fuera de Punta en la Barra equivalente de MT
3.8 FACTOR DE BALANCE DE POTENCIA COINCIDENTE EN HORA PUNTA (FBP)
El FBP representa el factor de ajuste entre la potencia ingresada menos las pérdidas eficientes y la
potencia de punta efectiva supuestamente vendida. El FBP se deberá calcular anualmente para cada
sistema eléctrico con demanda máxima superior a 12 MW.
55.
56. 4. VARIABLES DE CÁLCULO7
4.1 VALORES AGREGADOS DE DISTRIBUCIÓN DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN
El VAD corresponde al reconocimiento de la inversión eléctrica, rentabilidad, gastos de operación y
mantenimiento de las instalaciones eléctricas de distribución.
VMTPP y VMTFP : Valor Agregado de Distribución en MT para demandas de punta y fuera de
punta (S/./KW-mes)
VBTPP y VBTFP : Valor Agregado de Distribución en BT para demandas de punta y fuera de
punta (S/./KW-mes)
VMTFP = VADMTa FBP VMTFP = VAD de MT en fuera de punta
VMTPP = PTPMT VMTFP VMTPP = VAD de MT en punta
VBTFP = VADBTa FBP VBTFP = VAD de BT en fuera de punta
VBTPP = PTPBT VBTFP VBTPP = VAD de BT en punta
Valores Agregados de Distribución Actualizados
VADMTFAVADMTFEEVADMTa
VADBTFAVADBTFEEVADBTa Donde:
FEE : Factor de Economía de Escala
FAVADMT : Factor de Actualización del VADMT
FAVADBT : Factor de Actualización del VADBT
Variable Sector 1 Sector 2 Sector 3 Sector 4
VADMT 8.015 5.892 15.446 19.268
VADBT 28.557 28.132 26.938 38.271
FEE 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000
FAVADMT 1.0767 1.0731 1.0692 1.0692
FAVADBT 1.0695 1.0673 1.0661 1.0670
VADMTa 8.630 6.323 16.515 20.601
VADBTa 30.542 30.025 28.719 40.835
Para el cálculo de los valores agregados de distribución en punta y fuera de punta consideremos el
PTPMT y PTPBT de las empresas cuyos sistemas eléctricos son representativos de cada sector típico. El
valor del FBP es igual a 1.00.
Variable Sector 1 Sector 2 Sector 3 Sector 4
7 Los valores actualizados de las variables de cálculo consideran los factores de actualización vigentes para el mes de julio de 1998.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
48
Empresa Luz del Sur Electro Centro Electro Sur Este Electro Sur Este
Sistema Eléctrico Lima Sur Huancayo Abancay Valle Sagrado
VMTFP 8.630 6.323 16.515 20.601
VMTPP 8.198 6.070 15.854 19.777
VBTFP 30.542 30.025 28.719 40.835
VBTPP 27.793 29.725 28.431 40.427
4.2 CARGO FIJO MENSUAL
Los cargos fijos representan los costos asociados (lectura del medidor, procesamiento, emisión, reparto y
cobranza de la factura) a la facturación de los clientes independientemente de su demanda de potencia y
energía.
CFS, CFH y CFE : Cargo fijo mensual para opciones de una potencia contratada,
medición horaria y simple medición (S/./cliente)
Cargos Fijos Mensuales Actualizados
CFEFACFEFEECFEa
CFSFACFSFEECFSa
CFHFACFHFEECFH a Donde:
FEE : Factor de Economía de Escala
FACFE : Factor de Actualización del CFE
FACFS : Factor de Actualización del CFS
FACFH : Factor de Actualización del CFH
Variable Sector 1 Sector 2 Sector 3 Sector 4
CFE 1.707 1.566 1.566 1.792
CFS 2.797 2.797 2.797 2.797
CFH 4.117 4.117 4.117 4.297
FEE 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000
FACFE 1.0573 1.0573 1.0573 1.0573
FACFS 1.0573 1.0573 1.0573 1.0573
FACFH 1.0573 1.0573 1.0573 1.0573
CFEa 1.80 1.66 1.66 1.89
CFSa 2.96 2.96 2.96 2.96
CFHa 4.35 4.35 4.35 4.54
4.3 CARGO POR ENERGÍA REACTIVA (CER)
El CER es el cargo por consumo de energía reactiva que se adiciona a la facturación de las opciones
tarifarias MT2, MT3, MT4, BT2, BT3 y BT4 cuando esta excede el 30% de la energía activa total
mensual.
CER : Cargo por energía reactiva que exceda el 30% de la
energía activa total mensual (Cent. S/./KVARh)
Cargo por Energía Reactiva Actualizado
CERFACERCERa
Donde:
FACER : Factor de Actualización del CER
Variable Sector 1 Sector 2 Sector 3 Sector 4
CER 3.260 3.260 3.260 3.260
FACER 1.1040 1.1040 1.1040 1.1040
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
49
CERa 3.60 3.60 3.60 3.60
57. 5.COMPONENTES DE LA FACTURA Los cargos componentes de la factura dependen de la opción tarifaria. En el siguiente esquema se
muestran los cargos componentes para las opciones tarifarias MT2 y BT2.
6. CÁLCULO DE CARGOS POR OPCIÓN TARIFARIA
El ejemplo muestra la manera de calcular los cargos máximos para las opciones tarifarias MT2, MT3,
MT4, BT2, BT3, BT4, BT5 y BT6 del sistema eléctrico Lima Sur (Sector Típico 1). Los cargos
componentes de cada opción tarifaria y sus fórmulas de cálculo se encuentran establecidos en la
Resolución N° 023-97 P/CTE.
58. 6.1 PRECIOS EN BARRA EQUIVALENTE MT
En el siguiente cuadro se muestran los precios en barra equivalente de media tensión de los principales
sistemas eléctricos del país. Los precios corresponden a los vigentes para el mes de julio de 1998.
SISTEMA SECTOR
TÍPICO
Potencia
S/./KW-mes
Energía HP
Cent.S/./KW.h
Energía HFP
Cent.S/./KW.h
AREQUIPA 2 26.38 9.27 8.17
CHICLAYO-ILLIMO 2 21.76 11.32 5.48
CUSCO 2 23.30 9.98 7.94
HUANCAYO 2 23.67 11.84 5.74
ICA 2 23.52 12.61 6.35
IQUITOS 2 27.31 15.05 15.05
LIMA NORTE 1 23.17 12.49 6.05
LIMA SUR 1 23.26 12.51 6.06
PIURA 2 21.44 11.26 5.45
PUCALLPA 2 27.31 14.65 14.65
TACNA 2 24.39 10.50 9.69
TRUJILLO 2 22.50 11.57 5.60
Para el sistema eléctrico Lima Sur se tiene los siguientes precios en barra equivalente de media tensión:
PP = 23.26 S/./KW-mes PEPP = 12.51 Cent. S/./KW.h PEFP = 6.06 Cent. S/./KW.h
F A C T U R A
Cargo por Potencia Contratada
o Máxima Demanda Leída
• Horas Punta
• Exceso de Potencia
Cargo por Energía Reactiva
Cargo por Energía Activa
• Horas Punta
• Horas Fuera de Punta
Cargo Fijo
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
50
59. 6.2 OPCIÓN TARIFARIA MT2 (2E2P)
Cargo fijo mensual (S/./Cliente)
CFH = 4.35
Cargo por energía activa en horas de punta (Cent.S/./KW.h)
PEMTPEPP = 1.023712.51 = 12.80
Cargo por energía activa en horas fuera de punta (Cent.S/./KW.h)
PEMTPEFP = 1.02376.06 = 6.21
Cargo por potencia contratada o máxima demanda leída en horas de punta (S/./KW-mes)
(PPMTPP+VMTPP)FCPPMT = (1.032023.26+8.198)0.899 = 28.95
Cargo por exceso de la potencia contratada o máxima demanda leída en horas fuera de punta
(S/./KW-mes)
VMTFPFCFPMT = 8.6300.905 = 7.81
Cargo por energía reactiva que exceda el 30% del total de la energía activa (Cent.S/./Kvarh)
CER = 3.60
60. 6.3 OPCIÓN TARIFARIA MT3 (2E1P)
Cargo fijo mensual (S/./cliente)
CFS = 2.96
Cargo por energía activa en horas de punta (Cent.S/./KW.h)
PEMTPEPP = 1.023712.51 = 12.80
Cargo por energía activa en horas fuera de punta (Cent.S/./KW.h)
PEMTPEFP = 1.02376.06 = 6.21
Cargo por potencia contratada o máxima demanda leída (S/./KW-mes)
Clientes calificados como “Presente en Horas de Punta”
(PPMTPP+VMTPP)CMTPP+(1-CMTPP)VMTFPFCFPMT
= (1.032023.26+8.198)0.70+(1-0.70)8.6300.905 = 24.88
Clientes calificados como “Presente en Horas Fuera de Punta”
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
51
(PPMTPP+VMTPP)CMTFP+(1-CMTFP)VMTFPFCFPMT
= (1.032023.26+8.198)0.49+(1-0.49)8.6300.905 = 19.76
Cargo por energía reactiva que exceda el 30% del total de la energía activa (Cent.S/./Kvarh)
CER = 3.60
61. 6.4 OPCIÓN TARIFARIA MT4 (1E1P)
Cargo fijo mensual (S/./cliente)
CFS = 2.96
Cargo por energía activa (Cent.S/./KW.h)
PEMTPE = 1.02377.65 = 7.83
Ep = 0.246 (Lima Sur)
PE = EpPEPP + (1-Ep)PEFP = 0.24612.51 + (1-0.246)6.06 = 7.65
Cargo por potencia contratada o máxima demanda leída (S/./KW-mes)
Clientes calificados como “Presente en Horas de Punta”
(PPMTPP+VMTPP)CMTPP+(1-CMTPP)VMTFPFCFPMT
= (1.032023.26+8.198)0.70+(1-0.70)8.6300.905 = 24.88
Clientes calificados como “Presente en Horas Fuera de Punta”
(PPMTPP+VMTPP)CMTFP+(1-CMTFP)VMTFPFCFPMT
= (1.032023.26+8.198)0.49+(1-0.49)8.6300.905 = 19.76
Cargo por energía reactiva que exceda el 30% del total de la energía activa (Cent.S/./Kvarh)
CER = 3.60
62. 7. DETERMINACION DE LOS PRECIOS DE LOS CARGOS DE LAS
OPCIONES TARIFARIAS EN BAJA TENSIÓN
63.
64. 7.1 OPCIÓN TARIFARIA BT2 (2E2P)
Cargo fijo mensual (S/./Cliente)
CFH = 4.35
Cargo por energía activa en horas de punta (Cent.S/./KW.h)
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
52
PEMTPEBTPEPP = 1.02371.155912.51 = 14.80
Cargo por energía activa en horas fuera de punta (Cent.S/./KW.h)
PEMTPEBTPEFP = 1.02371.15596.06 = 7.18
Cargo por potencia contratada o máxima demanda leída en horas de punta (S/./KW-mes)
(PPMTPPBTPP+VMTPPPPBT+VBTPP)FCPPBT
= (1.03201.185023.26+8.1981.1850+27.793)0.876 = 57.77
Cargo por exceso de la potencia contratada o máxima demanda leída en horas fuera de punta
(S/./KW-mes)
VBTFPFCFPBT = 30.5420.832 = 25.41
Cargo por energía reactiva que exceda el 30% del total de la energía activa (Cent.S/./Kvarh)
CER = 3.60
65. 7.2 OPCIÓN TARIFARIA BT3 (2E1P)
Cargo fijo mensual (S/./cliente)
CFS = 2.96
Cargo por energía activa en horas de punta (Cent.S/./KW.h)
PEMTPEBTPEPP = 1.02371.155912.51 = 14.80
Cargo por energía activa en horas fuera de punta (Cent.S/./KW.h)
PEMTPEBTPEFP = 1.02371.15596.06 = 7.18
Cargo por potencia contratada o máxima demanda leída (S/./KW-mes)
Clientes calificados como “Presente en Horas de Punta”
(PPMTPPBTPP+VMTPPPPBT+VBTPP)CBTPP+(1-CBTPP)VBTFPFCFPBT=
(1.03201.185023.26+8.1981.1850+27.793)0.61+(1-0.61)30.5420.832 = 50.14
Clientes calificados como “Presente en Horas Fuera de Punta”
(PPMTPPBTPP+VMTPPPPBT+VBTPP)CBTFP+(1-CBTFP)VBTFPFCFPBT = (1.03201.185023.26+8.1981.1850+27.793)0.37+(1-0.37)30.5420.832 = 40.41
Cargo por energía reactiva que exceda el 30% del total de la energía activa (Cent.S/./Kvarh)
CER = 3.60
66.
67. 7.3 OPCIÓN TARIFARIA BT4 (1E1P)
Cargo fijo mensual (S/./cliente)
CFS = 2.96
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
53
Cargo por energía activa (Cent.S/./KW.h)
PEMTPEBTPE = 1.02371.15597.65 = 9.05
Ep = 0.246 (Lima Sur)
PE = EpPEPP + (1-Ep)PEFP = 0.24612.51 + (1-0.246)6.06 = 7.65
Cargo por potencia contratada o máxima demanda leída (S/./KW-mes)
Clientes calificados como “Presente en Horas de Punta”
(PPMTPPBTPP+VMTPPPPBT+VBTPP)CBTPP+(1-BTPP)VBTFPFCFPBT = (1.03201.185023.26+8.1981.1850+27.793)0.61+(1-0.61)30.5420.832 = 50.14
Clientes calificados como “Presente en Horas Fuera de Punta”
(PPMTPPBTPP+VMTPPPPBT+VBTPP)CBTFP+(1CBTFP)VBTFPFCFPBT=
(1.03201.185023.26+8.1981.1850+27.793)0.37+(1-0.37)30.5420.832 = 40.41
Alumbrado Público
(PPMTPPBTPP+VMTPPPPBT+VBTPP)CBTPP+(1CBTPP)VBTFPFCFPBT=
(1.03201.185023.26+8.1981.1850+27.793)1+(1-1)30.5420.832 = 65.95
Cargo por energía reactiva que exceda el 30% del total de la energía activa (Cent.S/./Kvarh)
CER = 3.60
68. 7.4 OPCIÓN TARIFARIA BT5 (1E)
Cargo fijo mensual (S/./cliente)
CFE = 1.80
Cargo por energía activa (Cent.S/./KW.h)
b1+b2 = 9.05 + 16.49 = 24.96
b1 = PEMTPEBTPE = 1.02371.15597.65 = 9.05
Ep = 0.246 (Lima Sur)
PE = EpPEPP + (1-Ep)PEFP = 0.24612.51 + (1-0.246)6.06 = 7.65
b2 = (PPMTPPBTPP+VMTPPPPBT+VBTPP)/NHUBT100
= (1.03201.185023.26+8.198 1.1850+27.793)/400100 = 16.49
69. 7.5 OPCIÓN TARIFARIA BT6 (1P)
Cargo fijo mensual (S/./cliente)
CFE = 1.80
Cargo por potencia activa (Cent.S/./W)
b1+b2 = 3.62 + 6.60 = 10.22
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
54
b1 = PEMTPEBTPENHUBT/1000 = 1.02371.15597.65400/1000 = 3.62
Ep = 0.246 (Lima Sur)
PE = EpPEPP + (1-Ep)PEFP = 0.24612.51 + (1-0.246)6.06 = 7.65
b2 = (PPMTPPBTPP+VMTPPPPBT+VBTPP)/10
= (1.03201.185023.26+8.1981.1850+27.793)/10 = 6.59
8. PLIEGO TARIFARIO El pliego tarifario resultante del Sistema Eléctrico Lima Sur (Sector Típico 1) correspondiente al mes de
mayo de 1998 con los cargos de cada opción tarifaria en media y baja tensión sin incluir IGV, es el
siguiente:
8.1 MODELO DE PLIEGO TARIFARIO PARA MEDIA TENSIÓN
MT2 (2E2P)
Tarifa con doble medición de energía activa y contratación o medición de dos potencias
Cargo Fijo Mensual S/./cliente 4.35
Cargo por Energía Activa en Punta Cent.S/./KW.h 12.80
Cargo por Energía Activa Fuera de Punta Cent.S/./KW.h 6.21
Cargo por Potencia Contratada o Máxima Demanda en HP S/./KW-mes 28.95
Cargo por Exceso de Potencia Contratada o Máxima Demanda en HFP S/./KW-mes 7.81
Cargo por Energía Reactiva que exceda el 30% del total de la Energía
Activa
Cent.S/./KVarh 3.60
MT3 (2E1P)
Tarifa con doble medición de energía activa y contratación o medición de una potencia
Cargo Fijo Mensual S/./cliente 2.96
Cargo por Energía Activa en Punta Cent.S/./KW.h 12.80
Cargo por Energía Activa Fuera de Punta Cent.S/./KW.h 6.21
Cargo por Potencia Contratada o Máxima Demanda para Clientes:
Presentes en Punta S/./KW-mes 24.88
Presentes Fuera de Punta S/./KW-mes 19.76
Cargo por Energía Reactiva que exceda el 30% del total de la Energía
Activa
Cent.S/./KVarh 3.60
MT4 (1E1P)
Tarifa con simple medición de energía activa y contratación o medición de una potencia
Cargo Fijo Mensual S/./cliente 2.96
Cargo por Energía Activa Cent.S/./KW.h 7.83
Cargo por Potencia Contratada o Máxima Demanda para Clientes:
Presentes en Punta S/./KW-mes 24.88
Presentes Fuera de Punta S/./KW-mes 19.76
Cargo por Energía Reactiva que exceda el 30% del total de la Energía
Activa
Cent.S/./KVarh 3.60
8.2 MODELO DE PLIEGO TARIFARIO PARA BAJA TENSIÓN
BT2 (2E2P)
Tarifa con doble medición de energía activa y contratación o medición de dos potencias
Cargo Fijo Mensual S/./cliente 4.35
Cargo por Energía Activa en Punta Cent.S/./KW.h 14.80
Cargo por Energía Activa Fuera de Punta Cent.S/./KW.h 7.18
Cargo por Potencia Contratada o Máxima Demanda en HP S/./KW-mes 57.77
Cargo por Exceso de Potencia Contratada o Máxima Demanda en HFP S/./KW-mes 25.41
Cargo por Energía Reactiva que exceda el 30% del total de la Energía Activa Cent.S/./KVarh 3.60
BT3 (2E1P)
Tarifa con doble medición de energía activa y contratación o medición de una potencia
Cargo Fijo Mensual S/./cliente 2.96
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
55
Cargo por Energía Activa en Punta Cent.S/./KW.h 14.80
Cargo por Energía Activa Fuera de Punta Cent.S/./KW.h 7.18
Cargo por Potencia Contratada o Máxima Demanda para Clientes:
Presentes en Punta S/./KW-mes 50.14
Presentes Fuera de Punta S/./KW-mes 40.41
Cargo por Energía Reactiva que exceda el 30% del total de la Energía Activa Cent.S/./KVarh 3.60
BT4 (1E1P)
Tarifa con simple medición de energía activa y contratación o medición de una potencia
Cargo Fijo Mensual S/./cliente 2.96
Cargo por Energía Activa Cent.S/./KW.h 9.05
Cargo por Potencia Contratada o Máxima Demanda para Clientes:
Presentes en Punta S/./KW-mes 50.14
Presentes Fuera de Punta S/./KW-mes 40.41
Alumbrado Público S/./KW-mes 65.95
Cargo por Energía Reactiva que exceda el 30% del total de la Energía Activa Cent.S/./KVarh 3.60
BT5 (1E)
Tarifa con simple medición de energía activa
Cargo Fijo Mensual S/./cliente 1.80
Cargo por Energía Activa Cent.S/./KW.h 25.54
BT6 (1P)
Tarifa con simple medición de potencia
Cargo Fijo Mensual S/./cliente 1.80
Cargo por Potencia Cent.S/./W 10.22
Nota: Para la selección de la tarifa eléctrica más óptima existe el software “Amigo Tarifario V.3” el cuál
además le permite aprender a manejar el sistema tarifario del Perú y aplicarlo a su empresa si Ud., se
encuentra en las tarifas MT2, MT3, MT4 o en las tarifas BT2,BT3, BT4. Este Software puede bajarlo
gratuitamente de la página Web del PAE:
http://wwww.rcp.net.pe/PAE/.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
56
CAPÍTULO IV.1:
MONITOREO Y CONTROL DE ENERGÉTICOS
1. INTRODUCCIÓN
La empresa es un sistema coordinado de medios humanos y materiales, cuyos
objetivos son producir bienes o servicios para obtener beneficios durante un período
de tiempo determinado. En cualquier tipo de empresa, hay siempre un cierto
volumen de energía que interviene en la producción de bienes y servicios.
Una categoría especial de empresas son aquellas definidas como "industrias de
energía intensiva". Sin embargo, hoy en día los mayores costos de la energía, hacen
de suma importancia para las empresas nacionales poner atención en este tema.
En tal sentido, la empresa debe organizar su "gestión energética" con una estructura
adecuada para la gestión de la misma, y utilizar técnicas de contabilidad y
administración energética, monitoreo y control de energéticos, motivación del
personal, etc.
En el presente tema se desarrollará una técnica gerencial para el control de los costos
energéticos que permite identificar potenciales de ahorro e implementar acciones
orientadas a incrementar la eficiencia global de la empresa, con relativamente bajos
costos de inversión. El monitoreo y control de energéticos debe permitir obtener las
mayores ventajas económicas, mediante dos funciones principales :
- El control "in situ" del uso de energía.
- El planeamiento del uso eficiente de la energía.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
57
Esquema de organización energética
2. CONTABILIDAD ENERGÉTICA
Es un inventario detallado de todas las formas de energía usadas en la empresa, y de
sus flujos en cada componente vital del sistema.
2.1. IDENTIFICACIÓN DE LOS VECTORES DE ENERGÍA
Los vectores que suministran energía a los procesos físicos son:
- electricidad
- combustibles
- calor
- agua
- aire comprimido
2.2. INVENTARIO DE LA ENERGÍA
- Datos sobre consumo por áreas o equipos
- Datos de las facturas de los suministradores de energía.
2.3. PRIMERA FASE: AUDITORÍA DE LA FACTURACIÓN
Consiste en evaluar la producción de la empresa en función de la relación
producción-consumo de energía de tal manera que el consumo de energía por
unidad de producción pueda ser una función del tiempo.
MONITOREO Y CONTROL DE ENERGÉTICOS
ORGANIZACIÓN ENERGÉTICA
DIRECTOR TÉCNICO
O GERENTE
COORDINADOR
DE ENERGÍA
CONTADOR
PERSONAL DE
OFICINA
INGENIEROS
DE PLANTA
GERENTE DE
PRODUCCIÓN
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
58
2.4. SEGUNDA FASE: INVENTARIO DE CAMPO
Consiste en reunir información sobre el consumo de energía de cada actividad y
equipo de la empresa con la finalidad de identificar las posibilidades de ahorro de
energía.
INFORMACIÓN SOBRE:
- Tipo de equipo.
- Forma de energía.
- Clasificación.
- Programa operativo.
- Porcentaje de utilización con respecto a la carga
total programada .
- Consumo mensual en unidad standard.
3. UNA EFECTIVA GESTIÓN DE LA ENERGÍA DEPENDE DE
UNA EFICAZ RED DE INFORMACIÓN.
Para lograr una gestión efectiva de la energía se requiere organizar la información a
través de :
a. Elaborar una base de datos.
b. Contar con la siguiente información:
- Facturación de los servicios.
- Consumo de materias primas y combustibles.
- Formularios relativos al uso de la energía y a la producción de cada uno de los
sectores.
c. Evaluar el consumo de energía por unidad de producción de cada sector y de la
empresa.
d. Analizar estos datos y compararlos con valores históricos y valores proyectados.
4. CICLO DEL MONITOREO DE ENERGÉTICOS
- Medición
- Registro
- Procesamiento
- Análisis
- Reporte
- Interpretación
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
59
- Conclusiones
- Control
5. PRINCIPALES ELEMENTOS DEL MONITOREO Y CONTROL
DE ENERGÉTICOS
- Medir y registrar los principales flujos de energía por Centro de Costos de Energía
(CCE) sobre un período específico de tiempo.
- Relacionar el consumo de energía de cada CCE con una medida de salida para
definir un estándar de consumo.
- Fijar metas (target) para reducir el consumo.
- Reportar variaciones en el consumo del CCE.
- Tomar acciones correctivas.
6. CENTRO DE COSTOS DE ENERGÍA - CCE
Es un área de la planta donde el uso de la energía es controlado.
Un CCE generalmente corresponde a un centro de control de costos existente, y
puede ser una línea de producción, una casa de calderas, o un ítem específico de la
planta.
7. MÉTODOS DE CONTROL DE DEMANDA
Los métodos usuales para el control de demanda son: manuales de monitoreo y de
control automático. A continuación estableceremos los métodos manuales más
simples que nos ayudan a controlar la demanda máxima.
A) Eliminación de cargas: sistemas de bandas transportadoras, bombas de abanico, a
veces contribuyen grandemente a crear picos de carga. Estos elementos muchas
veces trabajan ocasionalmente en tiempos críticos de mucha carga; por lo tanto
es recomendable apagarlos, siempre y cuando sea posible. La iluminación,
también puede ser reducida, ya que aunque no contribuye en alto grado, si
afecta.
B) Reprogramar las cargas: las cargas de baterías y otras operaciones similares no
rutinarias pueden ser programadas en horas que no afecte las horas pico; por
ejemplo, temprano en la mañana o tarde en la noche. Autoclaves y hornos a
veces pueden trabajar fuera de turnos de trabajo.
C) Interrumpir temporalmente las cargas: los sistema de ventilación y aire
acondicionado pueden interrumpirse usualmente por varios minutos, sin causar
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
60
pérdidas en el confort. La calefacción, aunque no tan usada, puede ser otro
factor.
D) Programación de arranque; casi todos los motores en un proceso arrancan a un
mismo tiempo y crean un gran pico de demanda, sobre todo en motores grandes
de lento arranque. También se puede programar el ciclaje de motores o retardar
el encendido de los mismos.
El método de control de demanda automático es muy eficaz, pero muy caro. Antes de
hacer una rápida decisión, hay que plantearse las siguientes Interrogantes:
A) ¿Cuáles serán los ahorros potenciales que se lograrán con reducir la demanda?
B) ¿Cuánto de estos ahorros pueden ser logrados simplemente con la cooperación del
personal?
C) ¿No sería más conveniente un sistema de alarma para un límite de carga de
potencia?
D) ¿Se justíficaría un sistema de control automático de demanda?
Entre los varios tipos de controladores automáticos de demanda que existen, se tiene
el Controlador de demanda básica que monitorea el consumo eléctrico durante el
intervalo de tiempo establecido por la empresa eléctrica, detecta la demanda máxima
y distribuye las cargas cuando la demanda máxima ha excedido el límite
preestablecido, haciéndolo en forma instantánea. Al comienzo del próximo intervalo
de tiempo todas las cargas son reestablecidas y el ciclo comienza otra vez. Este
método requiere de mucha sincronización con el intervalo del medidor, y usualmente
resulta en ciclajes rápidos de cargas. Este método reduce los picos de demanda, pero
no ayuda grandemente en el sistema de demanda, para ello se tiene al Controlador
de Régimen Ideal de demanda.
A continuación en la figura IV.1.1 y IV.1.2, se muestran gráficas aproximadas de
operación de estos controladores.
Fig. IV.1.1 Operación del controlador básico. (instantáneo).
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
61
Fig. IV.1.2. El controlador de régimen ideal de demanda
8. ESQUEMA TÍPICO DE MEDIDORES
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
62
9. EJEMPLO DE MONITOREO DE ENERGÍA
M1
M5
M2CASA DE
FUERZA
TALLERES
COMEDOR
OFICINAS
PLANTA B
M3
M4
PLANTA B
Fig. IV.1.3. Esquema Típico de Medidores
Distribución de Electricidad
M Medidores existentes
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
63
Fig. IV.1.4
Fig. IV.1.5 Ejemplo de ahorro de carga fija
10000
10500
11000
11500
12000
12500
13000
13500
14000
3300 3400 3500 3600 3700 3800 3900 4000 4100
En
erg
ía e
léctr
ica (kW
h)
Producción (tonelada)
ANÁLISIS DE REGRESIÓN LINEAL
estándar target Lineal (estándar) Lineal (target)
LÍnea
Línea
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Línea estándar
(1994)
Línea estándar
(1995)
P
E
A
H
O
R
R
O
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
64
3100.0
3200.0
3300.0
3400.0
3500.0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
kW
h/u
. p
rod
.
NÚMERO DE SEMANA
Fig. IV.1.6.EVOLUCIÓN DEL CONSUMO ESPECÍFICO DE ENERGÍA
Promedio
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
65
CAPÍTULO IV.2:
MANTENIMIENTO EN LA GESTIÓN ENERGÉTICA
1. GENERALIDADES
La falta o mantenimiento inadecuado de las instalaciones y equipos es la causa de
graves problemas. Las razones que ocasionan este problema son:
Carencia de repuestos.
Falta de entrenamiento en el personal.
Ausencia o inadecuadas prácticas de mantenimiento.
La carencia de mantenimiento preventivo ocasionará un alto porcentaje de salidas,
baja disponibilidad de los equipos y baja capacidad de utilización lo que redundará
en una elevación del consumo específico de energía. La disponibilidad y la
capacidad de utilización determinan la productividad de las instalaciones
Es por esto muy importante poner en práctica políticas de mantenimiento en la
empresa que incluyan entrenamiento del personal, almacén de repuestos y
procedimientos y prácticas de mantenimiento adecuado.
Los métodos básicos de mantenimiento son:
Mantenimiento después que el equipos se ha dañado
Mantenimiento preventivo
Mantenimiento predictivo
2. MANTENIMIENTO DESPUÉS QUE EL EQUIPO SE HA DAÑADO
Este mantenimiento es de práctica frecuente pero no es recomendable debido a las
siguientes razones:
El equipo se va deteriorando gradualmente disminuyendo su rendimiento hasta
que sale de funcionamiento.
La salida del equipo ocasionará grandes períodos de cese de actividades en la
producción debido a trabajos de reparación.
3. MANTENIMIENTO PREVENTIVO
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
66
Es aquél mantenimiento rutinario que se lleva a cabo en un tiempo determinado de
acuerdo con un cronograma de actividades. Este método asegura una óptima
confiabilidad de la planta y una disminución de los riesgos de salida de la misma.
Además, ayudará a mantener la alta productividad de la planta.
4. PLAN DE MANTENIMIENTO Y REVISIONES
REVISIONES
1 2 3 ACTIVIDAD PARTE
o o o Revisar el cimiento por grietas o desniveles, alinear Cimiento rotor
eje y controlar torsión de eje. Comparar con datos cojinete
de revisiones anteriores
o o o Controlar entrehierro y juego axial. Comparar con Cimiento rotor
datos de revisiones anteriores.
o o Controlar distancias entre partes giratorias y partes Cojinete
fijas.
o o o Revisar todos los fijamentos y pernos, reapretarlos. Filamentos
o o Revisar contrapesos de balanceo. Fijar pemos o Balanceo
cambiarlos .
o o o Revisar fijamientos y reapretar pernos de los Acoplamiento
acoplamientos.
o o Revisar pernos. Fijar paquete de láminas del estator Estator
o Controlar pernos. Fijara polos. Estator
o o o Revisar cojinetes y su lubricación. Cojinete
o o o Revisar Estado de entrada de ventilación y estado Ventilación
del filtro de aire.
o o o Revisar contrapesos de balanceo. Fijar pernos o Estator
cambiarlos.
o o o Limpiar las bobinas y canales de ventilación. Estator
o o o Limpiar las bobinas anillos deslizantes o colector Rotor
o o o Revisar contactos de alimentación. Caja de
conexiones
o Controlar aislamientos y medir resistencias con el Rotor
Megger. Caja de
conexiones
o o o Revisar y limpiar protecciones y arrancador del motor. Interruptor
Arrancador
PLAN DE MANTENIMIENTO Y REVISIONES
Fuente: Manual de URE -PESENCA
5. MANTENIMIENTO PREDICTIVO
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
67
Se basa en un monitoreo periódico en la planta. Los parámetros que normalmente se
monitorean son:
- vibración
- corrosión
- contaminación del aceite lubricante.
Estos métodos dejan extender intervalos entre el mantenimiento y las actividades,
aunque el mantenimiento puede ser llevado a cabo, si hay daño. Debido a la
minimización de las interrupciones de operación el método predictivo en condiciones
de mantenimiento es un método muy económico.
Sin embargo, se requieren unas condiciones de monitoreo periódicas y un amplio
conocimiento del equipo así como también la suficiente experiencia en lo que a
interpretación de la información se refiere la cual es obtenida con las medidas.
Al llevar a cabo cualquier programa de administración energética se debe prestar
mucha atención a los aspectos operacionales y de mantenimiento. En la Figura
IV.2.1. se muestra la influencia de un programa de administración energética en el
consumo de energía.
Un buen mantenimiento mantendrá el consumo de energía dentro de un límite
razonable, hasta que termine la vida útil de la planta. Un reemplazo a tiempo por una
nueva, más eficiente en el diseño energético disminuirá el consumo de energía en su
nivel original. En la Figura IV.2.2 se muestra la relación entre el consumo específico
de energía en la planta y la vida útil de la misma.
6. PROGRAMA DE ADMINISTRACIÓN ENERGÉTICA VS.
CONSUMO DE ENERGÍA
Situación Inicial
Optimización
del proceso
Mantenimiento
mejorado
Reducción en
pérdidas de
energía
Ahorro total
de energía
Consumo
de
energía
Programa de administración energética
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
68
Fig. IV.2.1
7. EFECTO DEL MANTENIMIENTO SOBRE EL CONSUMO DE
ENERGÍA
Fig. IV.2.2.
Ahorro de
energíaDiseño viejo
Diseño nuevo
Vida económica Edad de la instalación
Mantenimiento pobre
Buen mantenimiento
Reemplazo de
la instalación
Consumo especifico
de energía
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
69
CASO V.1: RESULTADOS DEL PROGRAMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN SAN MIGUEL INDUSTRIAL
70. ARTICULO DEL ING. RUBÉN DARÍO TORRES8 PUBLICADO EN LA REVISTA REVISTA
EFICIENCIA ENERGÉTICA Y ENERGÍAS RENOVABLES/PAE-CDG
RESUMEN
El éxito en la búsqueda de eficiencia energética en empresas industriales se inicia con la toma de
conciencia de los ejecutivos de la gerencia en una empresa. En San Miguel Industrial (SMI) ha logrado
obtener ahorros energéticos significativos desde 1991 gracias al compromiso asumido desde sus gerentes
hasta los operarios de la planta. Esto ha permitido conseguir ahorros de aproximadamente US$ 92000
por año.
1. ANTECEDENTES
San Miguel Industrial, es el resultado de la fusión de la Fábrica de Hilados y Tejidos San Miguel y Rayón
Industrial, pertenece a la rama de la industria manufacturera Química y Textil y se encuentra ubicada en
Lima. Su producción comprende las siguientes líneas: Textil (Barrington, Fifty y Fifty, Cardif, Prolen),
Fibra Poliester (chip textil, fibra cortada, filamento texturizado), Químicos (sulfato de aluminio, azufres,
ácido sulfónico) y Plásticos (resina Pet, preformas para botellas descartables, soplado de botellas).
La preocupación de la empresa en mejorar la eficiencia se viene dando desde 1991. Para reducir costos
energéticos en el área de producción se procedió a implementar diferentes medidas principalmente en el
área eléctrica.
2. MEDIDAS IMPLEMENTADAS
A consecuencia de los continuos racionamientos de energía eléctrica9 a inicios de la década de los
noventa, muchas empresas nacionales contaban con grupos electrógenos. En el caso de SMI, operar este
tipo de grupos le resultaba muy costoso y por lo tanto se decidió reducir el uso de grupos electrógenos y
conectarse a la red de distribución eléctrica de EDELNOR. Para trasladar10
las cargas (los talleres de la
fábrica, planta de filamento, sección de energía, plantas químicas, edificio administrativo, cómputo,
central telefónica, y casas de técnicos) a la red de EDELNOR, se requirió el montaje de una sub estación
de 10 kV así como la instalación de ductos de baja tensión, modificación del recorrido del cableado,
además de la fabricación de paneles de fuerza para centralizar la alimentación a diversas áreas que antes
eran alimentadas por barras diferentes. Con esta medida se logró un ahorro de US$ 62,752 en 1995.
Como resultado de la evaluación del consumo en horas punta (HP) de las cargas que anteriormente eran
alimentadas por grupos electrógenos a diesel, se suscribe con Edelnor un nuevo contrato con la
consideración que los consumos de los domingos y feriados fueran considerados como Horas Fuera de
8 Ingeniero Electrónico, especialista en control automático, actualmente Jefe de Mantenimiento Eléctrico de San Miguel Industrial. E-mail: rdtorres@sanmiguelind.com.pe 9 El racionamiento de energía eléctrica se daba principalmente por escasez de lluvias en la sierra del país así como por la destrucción
de redes eléctricas por la actividad subversiva. 10
La carga crítica sólo era la Planta de Filamento, ante oscilaciones de la energía eléctrica ésta ocasionaba paradas en la Planta,
volver a arrancar traía muchas pérdidas de materia prima y mano de obra. Entonces, se generaba electricidad con grupos
electrógenos a combustible Diesel. Sin embargo con el tiempo se colgaron otras cargas a este circuito: edificio administrativo,
cómputo, etc. Estas cargas no críticas fueron trasladadas a EDELNOR. Posteriormente compramos un UPS de 600 KVA para la Planta de Filamento y se dejó de generar electricidad con grupos Diesel.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
70
Punta (HFP) con lo cual se evitó penalizaciones y conllevó a importantes ahorros equivalentes a US$
21,300/año.
Nuestra empresa consideró que otros ahorros también podían lograrse con muy baja inversión y con una
adecuada administración y gestión energética. Las principales medidas que se tomaron fueron:
Se sacaron de servicio tres transformadores de 10 kV por bajo factor de uso. Esto permitió reducir
pérdidas de energía en el fierro y el cobre obteniéndose un ahorro de 39,916 kWh/año lo cual
significa un ahorro monetario de US$ 3,972 anuales.
Se cambió del sistema convencional de control (controlador off – on de contactor) del horno
Lindberg a otro de tipo electrónico (basado en tiristores), con lo cual se tuvo un mayor control de la
temperatura del horno. El ahorro obtenido fue del orden del 40%, es decir 42,900 kWh/año y en
términos monetarios representó un ahorro de US$ 3,600 al año.
Se automatizó el encendido y apagado del alumbrado exterior de la fábrica, esta medida implicó la
instalación de células fotoeléctricas Tork con lo cual se ahorró 2,190 kWh/año, equivalente a US$
309 año.
Se instalaron medidores de consumo de energía en diferentes áreas de la empresa y se aplicó el
método de centros de costo (costos ABC) para determinar las de mayor consumo. Se encontró que
los costos de energía para la generación de vapor representan casi la mitad de los costos de
facturación eléctrica, le siguen en importancia el consumo de energía para la producción de aire
comprimido y agua blanda. La medición de los consumos energéticos, no tiene preponderancia si se
les toma parcialmente y no se compara con la producción realizada, es así que consideramos
necesario monitorear el consumo específico por producto y el consumo energético por unidad de
producción, para estar dentro de los valores considerados estándares, lo cual nos facilita la
identificación de puntos de ahorro. Actualmente, nos hemos propuesto realizar un primer ensayo en
la línea de Químicos. La producción diaria se ingresa al sistema informático de red, a su vez
ingresamos la energía consumida diariamente: vapor, aire, electricidad, agua, y nitrógeno. Con esto
se está realizando las primeras pruebas de valores de eficiencia diaria, lo que nos permitirá controlar
más en detalle los consumos específicos de ésta línea.
Como se buscaba asegurar la eficiencia a través del tiempo y para ello era fundamental la
concientización y compromiso de nuestro personal operativo, se formó un Comité de Energía, el cual
fue instalado el 19 de Mayo de 1994 con la presencia de los ejecutivos de SMI y con el deseo de
realizar una activa participación en el uso eficiente de la energía. Actualmente son 14 miembros que
representan a las diferentes secciones y en sus reuniones mensuales planifican e informan sus
actividades. Este Comité depende directamente de la Gerencia y puede pedir todo tipo de datos a
otros departamentos sin restricciones. Sus labores no son exclusivas, esto quiere decir que sus
integrantes realizan su trabajo normal en cada sección: operadores, mecánicos, electricista, etc., y
organizadamente realizan su labor de auditores energéticos así como con la programación de trabajos
para disminuir las pérdidas.
Se realiza una campaña de concientización del personal a través de un boletín cuyo nombre es
“Ahorremos”, que es elaborado por el propio personal de SMI.
g. 3. MEDIDAS EN PROCESO DE IMPLEMENTACIÓN
El actual entorno económico nacional e internacional, nos viene obligando a ser cada vez más
competitivos, por lo que continuamos buscando alternativas de ahorro para ser más eficientes. Hemos
detectado algunas fuentes potenciales de ahorro que se están implementando en la actualidad:
Recuperación de los condensados de la secadora de Poliéster, la cual será bombeada a la caldera
principal de generación principal de vapor. Ahorro proyectado: US$/año 17,400.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
71
Codificación y control integral del funcionamiento de las trampas de vapor de las diversas secciones.
Ahorro proyectado: US$ 19,000/año
Independización del alumbrado de las diversas secciones de la planta (tejidos, poliéster, etc.) y
control automático del alumbrado con sensores ultrasónicos e infrarrojos para el área de talleres y
administración. Ahorro proyectado: US$ 3,900/año.
Control automático de arranque y apagado de compresores de aire de 200 HP en función a la
demanda del flujo de aire. Ahorro proyectado: US$ 11,100/año.
Aumento de la temperatura del agua de alimentación al desaireador de la caldera aprovechando el
calor de las purgas continuas y los vapores flash de la línea principal de retorno de condensado.
Campaña de seguimiento del consumo de electricidad en iluminación, ventilación y apagado
automático de los monitores de las computadoras en el edificio administrativo e información
permanente de la curva de consumo.
Los proyectos que se vienen implementando en SMI significan una inversión aproximada de US$10,000
y los tiempos de retorno de la inversión varían entre 4 y 13 meses de acuerdo a cada proyecto.
Este proceso de búsqueda de eficiencia energética en nuestra empresa, no hubiera sido posible llevar a
cabo sin el compromiso de los más altos ejecutivos de SMI, aspecto clave para el desarrollo de esta
gestión.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
72
CASO V.2
RESULTADOS DE LAS MEDIDAS DE AHORRO DE
ENERGÍA EJECUTADAS EN UNA EMPRESA PAPELERA
DEL PERÚ
Por: Ing. Víctor Manríquez Rosales11
Resumen
El monitoreo de los consumos de energía de los diferentes sectores de una empresa es una pieza clave
para dar inicio a acciones de ahorro de energía. Esta empresa papelera ha obtenido significativos
ahorros en la facturación de gastos de energía por la prevención de las paradas de planta y monitoreo de
la demanda de potencia eléctrica contratada por un lado y de la mejora de la eficiencia de su caldero por
otro. Los cuales han representado, desde noviembre de 1998 a octubre de 1999, un ahorro de US$ 36
223, proyectándose para los próximos años un ahorro promedio de US$ 56 725 .
Summary
The monitoring of energy consumption in different sectors of a company is a key
element to start energy saving actions. This company has obtained significant
savings in energy billings due to plant shut-off prevention and monitoring of
contracted electric power demand, on one side and to the improvement of their boiler
energy efficiency on the other. From November 1998 to October 1999, the foregoing
account for savings of US$ 36 223, and an average annual saving of US$ 56 725 is
projected for the forthcoming years.
I. INTRODUCCIÓN
La empresa pertenece al rubro manufacturero dedicada a la producción de papel de calidad tissué en
presentaciones de papel higiénico, toalla, servilleta y pañuelos.
Esta empresa es cliente libre de Luz del Sur, con una potencia contratada de 1,7 MW en 10 kV, tarifa
MT1. Aparte de energía eléctrica es consumidor de Petróleo Industrial N° 5 (26 000 galones promedio
mensual) y kerosene (25 000 galones promedio mensual). Para reducir el consumo de energéticos, el área
de Mantenimiento Fabricación ha implementado medidas de control y ahorro de energía eléctrica y
térmica, las cuales serán presentadas sucintamente en este artículo.
11
Ing. Mecánico - Pontificia Universidad Católica del Perú. Maestría en “Técnicas de Energías Renovables en la Ingeniería, Arquitectura y Agricultura”, Universidad Internacional de Andalucía, España 1996. Expositor en el XIII Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica Eléctrica y Ramas Afines (CONIMERA) en el área temática de energía y medio ambiente. Ha laborado en el área de mantenimiento desde 1987: Productos Favel, Petroperú - Operaciones Selva y Arcillas Activadas Andinas. Participante del Segundo Curso Uso Racional Energía en la Industria, organizado por el PAE y la CDG, diciembre de 1998. Actualmente es Jefe de Mantenimiento Fabricación de esta empresa papelera. E-mail: victor.manriquez@comercio.zzn.com
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
73
II. MEDIDAS DE AHORRO IMPLEMENTADAS EN EL ÁREA
ELÉCTRICA
Los ahorros económicos en costos de energía eléctrica se lograron principalmente con el monitoreo de la
demanda de potencia.
a. Gestiones para la reducción de potencia eléctrica contratada
En noviembre de 1998, en coordinación con Luz del Sur, se puso en operación el software de monitoreo
de energía eléctrica SANGAMO12
. Se instaló este software a una PC del área de mantenimiento que está
conectado al medidor de la empresa distribuidora. Hasta esa fecha, la potencia contratada era de 1 750
kW, con la ayuda de SANGAMO se obtuvo la curva de demanda de potencia, con la cual se determinó
que nuestra máxima demanda estaba en el orden de 1 650 kW (ver Gráfico Nº V.3.1). Sobre la base de
esta información, se hizo las gestiones correspondientes con la empresa eléctrica para reducir la potencia
contratada a 1 700 kW, obteniéndose un ahorro anual de S/. 26 640, el cual se obtuvo sin inversión.
Gráfico Nº V.3.1
Potencia Noviembre 98
0
200
400
600
800
1.000
1.200
1.400
1.600
1.800
kW
Máx 1638
Cuadro Nº 01
Costo del kW S/. 44.4
Reducción de potencia contratada 50.0 kW
Ahorro mensual por reducción de potencia S/. 2 220.00
Ahorro anual por reducción de potencia S/. 26 640.00
b. Prevención de parada en la planta papelera para disminuir temporalmente la
potencia contratada
En julio de 1999, previéndose una parada de la planta papelera del 30.06.99 al 24.07.99, teniendo como
referencia los gráficos de máxima demanda de los meses anteriores, se conocía que la demanda del resto
de la planta era de alrededor de 300 kW. Se realizó las gestiones ante Luz del Sur para una reducción del
cargo por potencia contratada13
a 500 kW, con lo cual se tuvo un ahorro de S/ 25,090, el cual también se
obtuvo sin inversión. El ahorro del costo de potencia se demuestra en el siguiente cuadro:
12 Este software registra los valores de potencia activa, potencia aparente, potencia reactiva y factor de potencia cada 15 minutos.
Los datos pueden ser descargados a un archivo de texto para su uso posterior en hoja de cálculo o también se puede realizar la conexión en línea para ver valores instantáneos.
13 La empresa eléctrica, consideró el traslado de la potencia contratada en Horas Punta (HP) a Fuera de Punta (FP) además de un
ajuste de los costos de potencia por disminución temporal de la misma como se muestra en el Cuadro Nº 02.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
74
Cuadro Nº V.3.2
Costo de kW en HP S/. 50.41
Costo de kW en FP S/. 12.59
Potencia contratada en HP 1,700.00 kW
Potencia contratada en FP 44.00 kW
(1) Cargo Total por potencia contratada S/. 86,250.96
Costo de kW por parada de planta en HP S/. 75.50
Costo de kW por parada de planta en FP S/. 18.88
Potencia contratada en parada de planta en HP 500.00 kW
Potencia contratada en parada de planta en FP 1,240.00 kW
(2) Cargo Total por potencia en parada de planta S/. 61,161.20
(1) – (2) Ahorro S/. 25,089.76
c. Instalación de un “Sunday Drive” en el cilindro secador
En diciembre de 1998 se realizó la instalación de un reductor de stand by, conocido como “Sunday
Drive14
”, para el reductor del cilindro secador de la máquina papelera, que se activaría entre los ciclos de
producción por un periodo de cuatro días promedio por mes.
El procedimiento que normalmente utilizábamos, entre los ciclos de producción para mantener a una
velocidad constante y mínima el giro del cilindro secador, era tener a bajas revoluciones por minuto (rpm)
el giro del reductor del cilindro el cual se lograba con el motor principal de corriente continua
funcionando. Esto a su vez implicaba que otros equipos como los ventiladores, el lubricador y la bomba
de agua continuaran funcionando. La potencia de estos equipos, como se muestra en el siguiente cuadro
era de 25.43 kW lo cual representaba un consumo promedio de energía de 2,441 kWh/mes entre los ciclos
de producción.
Cuadro Nº V.3.3
TIPO DE EQUIPO POTENCIA
Motor YANKEE 0.88 kW
Ventilador VE – 006 8.85 kW
Ventilador VE – 007 0.89 kW
Lubricador 1.92 kW
Bomba BB – 018 12.89 kW
TOTAL 25.43 kW
Con el Sunday Drive instalado, cuya potencia es de 0,75 kW, se eliminó la potencia de los otros equipos
(25,43 kW) con lo cual se obtuvo un ahorro de 24,68 kW en potencia. En diciembre de 1998 se tuvo 12
días de parada de la planta papelera pero con el giro del reductor del cilindro a bajas rpm, gracias a esto se
obtuvo un ahorro de energía de 7 108 kWh y de S/. 560 en la facturación15
. (ver Cuadro Nº V.34)
Cuadro Nº V.3.4
Período entre ciclo de producción Ahorro de Energía Ahorro en Soles
Horas Punta 5 h por 12 días 1 481 kWh S/. 179
Horas Fuera de Punta 19 h por 12 días 5 627 kWh S/. 381
Total 7 108 kWh S/. 560
14 El Sunday Drive es un pequeño motorreductor que se acopla mediante una transmisión por fajas al eje de entrada del reductor.
15 Costo de energía en HP era de 0.1211 S/. por kWh, en FP era de 0.0677 S/. por kWh
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
75
Para los meses siguientes, considerando 4 días promedio de parada de la planta
papelera entre ciclos de producción por mes, tarifas vigentes de enero de 1999 y
considerando la inversión inicial de S/. 762, se obtiene su recuperación en menos de
tres meses. (Ver Cuadro Nº V.3.5)
Cuadro Nº V.3.5
Ahorro en diciembre de 1998 S/. 560.27
Ahorro mensual a partir de enero de 1999 S/. 179.08
Ahorro anual S/. 2,148.96
Inversión S/. 761.50
Payback (en meses) 2.12
III. MEDIDAS DE AHORRO IMPLEMENTADAS EN EL ÁREA TÉRMICA
a. Reemplazo de trampas de vapor defectuosas
Con el apoyo del personal de la compañía WDM Andina se realizó en enero de 1999, una evaluación de
trampas de vapor, detectándose que dos trampas de vapor termodinámicas estaban operando
defectuosamente, una de ella en condición crítica y la otra en condición irregular. Las pérdidas de vapor
estimadas eran del orden de 23 kg/h.
Cuadro Nº V.3.6
Pérdida de trampa condición critica 15 kg/h
Pérdida de trampa condición irregular 8 kg/h
Total 23 kg/h
Los gastos necesarios para el reemplazo de las dos trampas de vapor fueron de US$ 374. Considerando,
7,200 horas anuales de operación de la planta y de US$ 2216
el costo de la tonelada métrica de vapor
generada con Petróleo Industrial N° 5, se tiene que el vapor recuperado anual es de 165,600 kg, que
representa un ahorro anual de U$ 3,643.20. Con lo cual el payback es de 37 días.
b. Ajuste de combustión de caldera
Esta empresa, cuenta con una caldera pirotubular de 3 pasos, de 280 BHP, el consumo mensual de
Petróleo Industrial N°5 es de 26,000 galones.
El mayo de 1999 se efectuaron mediciones de combustión en la caldera de nuestra planta17
, los resultados
encontrados fueron:
Cuadro Nº V.3.7
Análisis de emisiones y resultados 10-05-99
16 Según datos de CENERGIA 17 El servicio de “Análisis de gases y determinación de eficiencia” fue desarrollado por la consultora CINYDE
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
76
Parámetro Llama
baja
Llama
media
Llama
alta
Valor
recomendado
O2 (%) 11,6 11 10,3 3,5 – 4
CO2 (%) 7,1 7,6 8,1
NOX (ppm) 107 124 119
SO2 (ppm) 196 236 239
CO (ppm) 28 27 25 Max 400
Temperatura Gases (°C) 346,5 347,5 363,9 Max 220
Indice de Bacharach 3 4 5 Max 3
Exceso de aire (%) 122 110 96 Max 20 – 25
Eficiencia Térmica Base PCS (%) 65,7 67,5 67,6 80 – 83
Con base en esta información se procedió a contratar el servicio de “Ajuste de combustión” a la
consultora CINYDE, que después del análisis de las mediciones se obtuvo los siguientes resultados:
Cuadro Nº V.3.8
Resultados del ajuste de combustión 08-09-99
Parámetro Llama
baja
Llama
media
Llama
alta
Valor
recomendado
O2 (%) 1,8 4,1 3,4 3,5 – 4
CO2 (%) 14,5 12,8 13,3
NOX (ppm) 236 236 289
SO2 (ppm) 647 536 580
CO (ppm) 60 40 60 Max 400
Temperatura Gases (°C) 285,2 273,0 230,2 Max 220
Indice de Bacharach 4 4 4 Max 3
Exceso de aire (%) 8 24 19 Max 20 – 25
Eficiencia Térmica Base PCS (%) 80,9 79,9 81,3 80 – 83
Posteriormente a solicitud de nuestra empresa se realizó una regulación posterior de la caldera, a fin de
afinar los parámetros en la llama de operación de la misma. Después del análisis de las mediciones se
obtuvo los siguientes resultados:
Cuadro Nº V.3.9
Resultados del ajuste de combustión 19-10-99
Parámetro Llama
baja
Llama
alta
Llama
operación
Valor
recomendado
O2 (%) 2 3 4 3,5 – 4
Temperatura Gases (°C) 190 260 255 Max 220
Indice de Bacharach 4 3 3 Max 3
Exceso de aire (%) 10 17 23 Max 20 – 25
Eficiencia Térmica Base PCS (%) 84,2 81,6 81,7 80 – 83
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
77
Con este ajuste, y la ganancia en eficiencia de nuestro caldero, se está teniendo en promedio un ahorro del
orden de 18.1%18
en el consumo de Petróleo Industria Nº 5, que representa una reducción de S/. 154169
anuales en costos de combustible19
.
Cuadro Nº V.3.10
Ahorro de Residual Nº 6 56,472 galones/año
Valor del ahorro anual S/. 154,168.56
Inversión S/. 4,375.00
Payback 11 días
IV. Conclusiones
La inversión de recursos de una empresa en medidas de ahorro energético tiene siempre un saldo
favorable para la empresa por los ahorros económicos que estas generan y por el periodo corto de
recuperación de la inversión realizada, que en algunos casos como el monitoreo de la demanda para
gestionar la potencia contratada con el fin de disminuir la facturación por este concepto ante la empresa
eléctrica, se realiza con mínima o nula inversión, en otros como la regulación de combustión de la caldera
los retornos de inversión son casi inmediatos con una repercusión favorable para el ambiente por la
reducción en la emisión de gases de efecto invernadero.
18Ahorro (%) = 1 – (Eficiencia inicial/Eficiencia mejorada)*100; Ahorro = (1 – 66,9/81,7)*100 = 18,1 %
19 Precio Industrial Nº 5 es de 2.73 soles el galón.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
78
ANEXO:
RECOMENDACIONES GENERALES PARA
EQUIPAMIENTO ELÉCTRICO
1. SISTEMAS DE ILUMINACIÓN
- Limpia periódicamente las luminarias, porque la suciedad disminuye el nivel de
iluminación de una lámpara hasta en un 20%.
- Apaga las luces que no necesitas, como por ejemplo cuando tu personal está en
refrigerio.
- Evalúa la posibilidad de utilizar luz natural, instalando calaminas transparentes o
similares. Aprovecha este recurso, siempre que te brinde un nivel adecuado de
iluminación.
- Usa colores claros en las paredes, muros y techos, porque los colores oscuros
absorben gran cantidad de luz y obligan a utilizar más lámparas.
- Reemplaza tus fluorescentes T-12 convencionales de 40 W por fluorescentes
delgados T-8 de 36 W porque iluminan igual. Este reemplazo significa un ahorro
económico del 10% en tú facturación, ya que los T-8 consumen 4W menos,
utilizan los mismos sockets y lo más importante es que cuestan igual.
- Independiza y sectoriza los circuitos de iluminación, esto te ayudará a iluminar
sólo los lugares que necesitas.
- Instala superficies reflectoras porque direcciona e incrementa la
iluminación y posibilita la reducción de lámparas en la luminaria.
- Utiliza lámparas de vapor de sodio de alta presión en la iluminación de
exteriores.
- Selecciona las lámparas que te suministren los niveles de iluminación requeridos
en las normas de acuerdo al tipo de actividad que desarrolles.
- Utiliza balastos electrónicos, porque te permiten ahorrar energía hasta un 10% y
corrige el factor de potencia, así como incrementa la vida útil de tus
fluorescentes.
- Evalúa la posibilidad de instalar sensores de presencia, timers y/o dimmers para
el control de los sistemas de iluminación de tú empresa.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
79
- Utiliza luminarias apropiadas como las pantallas difusoras con rejillas. No
utilices difusores o pantallas opacas porque generan pérdidas de luz por lo que
tendrás que utilizar más lámparas.
2. MOTORES ELÉCTRICOS
- Evita el arranque y la operación simultánea de motores, sobre todo los de
mediana y gran capacidad, para disminuir el valor máximo de la demanda.
- Evita la operación en vacío de los motores.
- Verifica periódicamente la alineación del motor con la carga impulsada. Una
alineación defectuosa puede incrementar las pérdidas por rozamiento y en caso
extremo ocasionar daños mayores en el motor y en la carga.
- Corrige la caída de tensión en los alimentadores. Una tensión reducida en los
terminales del motor, genera un incremento de la corriente, sobrecalentamiento y
disminución de su eficiencia. Las normas permiten una caída de tensión del 5%.
Para ello utiliza conductores correctamente dimensionados.
- Balancea la tensión de alimentación en los motores trifásicos de corriente
alterna. El desequilibrio entre fases no debe exceder en ningún caso del 5%, pero
mientras menor sea el desbalance, los motores operarán con mayor eficiencia.
- Manten bien ajustado y en óptimas condiciones el interruptor de arranque de los
motores monofásicos de fase partida. El mal funcionamiento de este accesorio
que se emplea para desconectar el devanado de arranque (y el condensador en
los motores de arranque por condensador) provoca un sobrecalentamiento en los
conductores ocasionando significativas pérdidas de energía y en caso extremo la
falla del motor.
- Utiliza arrancadores a tensión reducida en aquellos motores que realicen un
número elevado de arranques. Con esto evitarás un calentamiento excesivo en
los conductores y lograrás disminuir las pérdidas durante la aceleración.
- Sustituye en los motores de rotor devanado, los reguladores con resistencias para
el control de la velocidad, por reguladores electrónicos más eficientes, porque
las resistencias llegan a consumir hasta un 20% de la potencia que el motor toma
de la red.
- Instala equipos de control de la temperatura del aceite de lubricación de
cojinetes de motores de gran capacidad a fin de minimizar las pérdidas por
fricción y elevar la eficiencia.
- No se recomienda rebobinar los motores más de 2 veces, porque puede variar las
características de diseño del motor, lo cual incrementaría las pérdidas de energía.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
80
3. TRANSFORMADORES
- Preocúpate por conocer la carga asociada al transfomador para no sobrecargarlo,
y así reducir las pérdidas en el cobre.
- Evita operar transformadores a baja carga (menor al 20%), si es posible
redistribuye las cargas.
- Revisa el nivel y rigidez dieléctrica del aceite cada 6 meses, con el fin de
controlar la capacidad aislante y refrigerante del mismo.
- Realiza una limpieza periódica del transformador, es decir, superficie del tanque,
aletas disipadoras de calor, bornes, etc.
- Mide con frecuencia la temperatura superficial del transformador, ella no debe
ser superior a 55ºC, de ser así, debe revisarse el aceite dieléctrico.
4. SISTEMAS DE BOMBEO
- Revisa los filtros de la bomba. Límpialos con frecuencia para evitar que las
obstrucciones ocasionen sobrecargas que aumenten innecesariamente su
consumo de energía.
- Verifica periódicamente que no haya fugas en los empaques interiores. Estas
últimas pueden ocasionar pérdidas de energía.
- Revisa toda la instalación de la tubería para verificar que no existan fugas, en
especial en las uniones de los tramos de tubería. Los empaques viejos y gastados
y las uniones flojas pueden ocasionar fugas, las cuales darán por resultado un
mayor consumo eléctrico.
- La potencia nominal suministrada por el motor, debe ser igual a la que requiere
la bomba para trabajar a su máxima eficiencia. Si es superior está gastando
innecesariamente la energía.
- El motor debe estar perfectamente alineado con la bomba y montado sobre una
superficie que reduzca las vibraciones.
- Es importante instalar controles automáticos para arrancar y parar el motor de la
bomba. Así evitará que éste último siga consumiendo energía eléctrica cuando la
bomba haya dejado de funcionar.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
81
5. SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN Y CLIMATIZACIÓN
- El empaque de las puertas de los equipos de refrigeración debe permitir el cierre
hermético para impedir la entrada de aire caliente al espacio refrigerado.
- Limpia con frecuencia los filtros y los condensadores de los equipos de
refrigeración.
- En los ambientes climatizados con aire acondicionado o calefacción, asegura el
control de la temperatura, regulando el termostato convenientemente.
- No exijas mucho frío al aire acondicionado al momento de ponerlo en marcha.
No refrescará el ambiente rápidamente, sólo gastará más energía.
- Considera la posibilidad de usar ventiladores eléctricos para mantener un
ambiente cómodamente fresco la mayor parte del tiempo, a una fracción del
costo operacional de un equipo de aire acondicionado que es caro.
6. INSTALACIONES ELÉCTRICAS
Los conductores sobrecargados presentan temperaturas superiores a las normales.
Esto produce pérdidas por calentamiento y el riesgo de producirse cortocircuitos o
incendio; por tal razón recomendamos:
A. Revisar la temperatura de operación de los conductores. El calentamiento puede
ser causado, entre otras cosas por el calibre inadecuado de los conductores o por
empalmes y conexiones mal efectuados.
B. La recomendación anterior se hace extensiva a los tableros de distribución, por
tanto debe evitarse sobrecargar los circuitos derivados del mismo.
C. Las conexiones flojas o inadecuadas aumentan las pérdidas de energía. Efectúa un
programa periódico de ajuste de conexiones y limpieza de contactos, borneras,
barrajes, etc.
7. COMPENSACIÓN DE ENERGÍA REACTIVA
- Los transformadores, motores y reactores consumen energía reactiva, la cual
puede compensarse mediante la instalación de bancos de condensadores (de
potencia) ó generadores síncronos para mejorar el factor de potencia.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
82
- La compensación de Energía Reactiva tiene los siguientes beneficios:
A. Elimina la facturación de energía reactiva.
B. Reduce las caídas de tensión.
C. Reduce las pérdidas por Efecto Joule.
D. Protege la vida útil de tus instalaciones.
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
83
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
El libro de la Energía. Forum Atómico Español 1987
Mediciones y Pruebas Eléctricas y Electrónicas. Bolton. Ed. Limusa 1992
Apuntes del curso de Medidas Eléctricas. Freddy Saravia, Facultad de Ingeniería
Mecánica-Universidad Nacional de Ingeniería 1999-II.
Ahorro y conservación de la energía mediante la electrónica
Osnovy Automatica Energosistem. Principios de Automatización en sistemas de
energía. Barzan I.V. Edit, Energo atomo Izdat 1989.
Iluminación Industrial. Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía
IDAE – España 1990
Manual de Auditoría Energética Industrial. Hagler, Bailly & Company, AID USA,
1985
Energy monitoring & target setting, NIFES, Inglaterra, 1994
Principios técnicos del uso de la energía. I. Niculescu y G. Piva. CIPPT-OIT, Turín,
1984
Ahorro de Energía en sistemas eléctricos, Instituto Centroamericano de
Investigación y Tecnología Industrial
Manual de Uso Racional de la Energía en la Industria, Fundación PESENCA,
Colombia 1994
Uso Racional de la Energía en Sistemas Eléctricos, Tesis de Grado, Miguel
Zevallos, Perú 1991
Calidad de la Energía Eléctrica, PROCOBRE, Chile
Planes Referenciales de Electricidad 1994, 1995, 1996, 1997 y 1998, Ministerio de
Energía y Minas, Perú
Anuarios Estadísticos de la Dirección General de Electricidad 1997, 1998 y 1999,
Ministerio de Energía y Minas, Perú
Anuarios Estadísticos de la Comisión de Tarifas de la Energía 1994, 1995, 1996 y
1998, Perú
Tópico II Eficiencia en Sistemas de Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
Proyecto para Ahorro de Energía - Ministerio de Energía y Minas
84
Reportes de Operación de los Comités de Operación Económica de Sistemas del
Centro Norte y Sur, Perú
Ley de Concesiones Eléctricas y su Reglamento, Lima – Perú
Resoluciones de la Comisión de Tarifas de la Energía, Perú
Publicaciones del Instituto de Ingenieros Electricistas y Electrónicos (IEEE), USA
Revistas de Eficiencia Energética y Energías Renovables, Proyecto para Ahorro de
Energía-Carl Duisberg Gesellschaft, Lima – Perú 1999
U.S. Energy 1995. The 9th Annual Assesment of United States Energy Policy.
USEA – 1995
El Ahorro de Energía. La Escuela de Berkeley. Mundo Cientifico Nº 112.
Publicaciones del Centro de la Conservación de la Energía y del Ambiente
(CENERGIA), Perú
Publicaciones del Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica (FIDE), México
Publicaciones de Procobre-Perú, Lima
Recommended