MODULO: Circuitos y Mediciones Eléctricas II S6-S9 ELECTROTECNIA INDUSTRIAL.

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1 www.senati.edu.pe MODULO: Circuitos y Mediciones Eléctricas II S6-S9 ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

2 jfernandezg@senati.pe Del 21 de Oct al 11 de Nov

3 jfernandezg@senati.pe COMPENSACIÓN DE POTENCIA REACTIVA 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). Naturaleza de la energía reactiva.

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7 Factor de Potencia Las tres potencias pueden representarse como lo indica la siguiente figura: Se denomina factor de potencia a la relación entre potencia activa y potencia aparente: P = potencia activa (W) Q = potencia reactiva (VAr) f = factor de potencia (cosφ )

8 jfernandezg@senati.pe Factor de potencia Indica el aprovechamiento de la energía eléctrica y puede tomar valores entre 0 y 1. Por ejemplo, si el Factor de Potencia es 0,8 indica que del total de la energía abastecida por la Distribuidora sólo el 80 % de la energía es utilizada por el Cliente mientras que el 20 % restante es energía que se desaprovecha.

9 jfernandezg@senati.pe El bajo factor de potencia Un alto consumo de energía reactiva puede producirse como consecuencia principalmente de: Un gran número de motores. Presencia de equipos de refrigeración y aire acondicionado. Una sub-utilización de la capacidad instalada en equipos electromecánicos, por una mala planificación y operación en el sistema eléctrico de la industria. Un mal estado físico de la red eléctrica y de los equipos de la industria.

10 jfernandezg@senati.pe Problemas generados al usuario: Aumento de la intensidad de corriente. Pérdidas en los conductores y fuertes caídas de tensión. Incrementos de potencia de las plantas, transformadores, reducción de su vida útil y reducción de la capacidad de conducción de los conductores. La temperatura de los conductores aumenta y esto disminuye la vida de su aislamiento. Multas y Recargos en las facturas. Necesidad de utilizar cables de mayor calibre.

11 jfernandezg@senati.pe Problemas para la empresa distribuidora de energía: Mayor inversión en los equipos de generación, ya que su capacidad en KVA debe ser mayor, para poder entregar esa energía reactiva adicional. Mayores capacidades en líneas de transmisión y distribución así como en transformadores para el transporte y transformación de esta energía reactiva. Elevadas caídas de tensión y baja regulación de voltaje, lo cual puede afectar la estabilidad de la red eléctrica.

12 jfernandezg@senati.pe 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. 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

13 jfernandezg@senati.pe Efectos del factor de potencia en circuitos eléctricos: Corriente entregada por el operador de red = 180A. Corriente que circula por la parte resistiva de la carga = 120A. Se esta entregando una corriente adicional de 60 A.

14 jfernandezg@senati.pe Ventajas de la compensación La instalación de un equipo de corrección del factor de potencia en una instalación permite reducir la sección de los conductores, ya que para una misma potencia activa la intensidad resultante de la instalación compensada es menor.

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16 Energía Eléctrica Trabajo eléctrico o energía eléctrica = potencia eléctrica x tiempo La unidad de trabajo en el Sistema Internacional de Unidades es el joule, no obstante en electricidad se usan las siguientes unidades: Energía activa: kilowatt-hora (kWh) Energía reactiva: kilovoltamperio reactivo-hora (kVARh) Cálculo de la energía eléctrica  Costo de la electricidad S/.

17 jfernandezg@senati.pe Definiciones En general, cuando se trata de usuarios grandes, además de facturarse la energía activa, también se factura la energía reactiva y la potencia activa (máxima demanda). Energía activa (kWh): Consumida para producir los efectos útiles de los equipos eléctricos tales como: iluminación, calor, energía mecánica, entre otros. Energía reactiva (kVARh): Consumida por condensadores y bobinas, presentes en los equipos eléctricos, para la formación de campos magnéticos y eléctricos. Potencia o máxima demanda (kW): Ocurre cuando la mayor cantidad de equipos eléctricos de una instalación están encendidos. Corresponde a la sumatoria en kW en dicho momento.

18 jfernandezg@senati.pe Tarifas Eléctricas Horas de Punta (HP) y Horas Fuera de Punta (HFP) Horas de punta (HP).- Intervalo de tiempo de 5 horas comprendido entre las 18:00 y 23:00 horas. Horas fuera de punta (HFP).- Al resto del día, equivalente a 19 horas. Clientes libres.- su máxima demanda de potencia debe superar 1 MW, pueden negociar y contratar el suministro de electricidad y la tarifa con generadores o distribuidores. Clientes regulados.- tienen que adoptar alguna opción tarifaria ya establecida. Clientes Libres y Clientes Regulados

19 jfernandezg@senati.pe Tarifas Eléctricas Clientes Regulados en Media Tensión (MT) y Baja Tensión (BT) Los clientes a partir de media tensión (MT) deberán contar con transformadores propios para la reducción del voltaje a niveles de uso. Las tarifas MT2, MT3, MT4 son menores a sus contrapartes en baja tensión BT2, BT3, BT4 respectivamente. La distribución se realiza en niveles de: Media tensión (MT) con un voltaje de 10 kV. - Tarifas: MT2, MT3, MT4 Baja tensión (BT) con un voltaje de 0,220 kV. - Tarifas: BT2, BT3, BT4, BT5 (doméstica) y BT6.

20 jfernandezg@senati.pe Tarifas Eléctricas También se emplea muy alta tensión (MAT) con un voltaje de 220 kV y alta tensión (AT) con un voltaje de 60 kV, para suministro a clientes importantes (refinerías, entre otros). Periodo de Facturación El periodo de facturación es mensual y no podrá ser inferior a 28 días ni exceder los 33 días calendarios. Vigencia de la Opción Tarifaria La elección del tipo de opción tarifaria depende del cliente. La opción tarifaria que elija libremente el cliente es válida por el periodo de un año, y es renovada automáticamente al finalizar el año, cuando no exista solicitud de cambio.

21 jfernandezg@senati.pe Cargos incluidos en las Opciones Tarifarias Cargo por Energía Activa Cargo por energía activa (MT4, BT4, BT5B, BT5C): Se multiplica la energía total registrada por la tarifa respectiva Cargo por energía activa en punta (MT2, MT3, BT2, BT3, BT5A): Se multiplica la energía registrada en las horas punta por la tarifa respectiva. Cargo por energía activa fuera de punta (MT2, MT3, BT2, BT3, BT5A): Se multiplica la energía registrada en horas fuera de punta por la tarifa respectiva. Dependiendo de la opción tarifaria:

22 jfernandezg@senati.pe Cargos incluidos en las Opciones Tarifarias Cargo por Energía Reactiva Cargo por energía reactiva que exceda el 30% del total de la energía activa (MT2, MT3, MT4, BT2, BT3, BT4: Se penaliza la energía reactiva cuando su valor mensual supera el 30% del valor de la energía activa en el mismo periodo. Por consiguiente se multiplica el exceso por la tarifa respectiva. ( Energía reactiva total - 0,30 Energía activa total ) x tarifa

23 jfernandezg@senati.pe Cargos inclidos en las Opciones Tarifarias Cargo por potencia o máxima Demanda Existen dos modalidades de facturación de máxima demanda (MT2, MT3, MT4, BT2, BT3, BT4): Potencia contratada : Cuando el cliente no cuenta con los equipos de medición apropiados, la potencia se factura en forma igual para todos los meses y es definida por el cliente en coordinación con la distribuidora. El cliente deberá definir sus potencias contratadas para las horas de punta y fuera de punta. Potencia variable : La potencia a facturar será determinada como el promedio de las dos mayores máximas demandas del cliente, en los últimos seis meses, incluido el mes que se factura. El cliente debe contar con los equipos de medición adecuados. Para el caso de la potencia activa de generación se usa la lectura registrada en el mes que se factura. En máxima demanda se diferencian además dos criterios, demanda por generación y demanda por distribución.

24 jfernandezg@senati.pe En un domicilio se usan 4 focos incandescentes de 100 W de potencia, durante 8 horas al día, cada foco está alimentado por un voltaje de 220 V. Considerando que los focos incandescentes tienen un comportamiento puramente resistivo y el cuadro de equivalencias mostrado, calcular lo solicitado a)Calcular el ahorro aproximado mensual si se emplean igual número de focos ahorradores. Considerar un mes de 30 días y una tarifa de 0,36 soles/kWh. b)Calcular la intensidad consumida por un foco incandescente de 100 W.

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26 Lima Airport Partners S.R.L. empresa administradora del Aeropuerto Jorge Chávez ha alquilado un hangar a la aerolínea internacional Branint. De acuerdo al contrato Branint pagará la tarifa BT2 BT2: Tarifa con doble medición de energía activa y contratación o medición de dos potencias 2E2P Cargo fijo mensual 6,11 S/. / cliente. Cargos por energía activa: Cargo por energía activa en punta 0,1628 S/. / kWh Cargo por energía activa fuera de punta 0,1180 S/. / kWh Cargos por máxima demanda: Cargo por la máxima demanda en horas punta 68,63 S/. / kW - mes Cargo por exceso de máxima demanda en horas fuera de punta (1) 25,16 S/. / kW - mes Cargo por energía reactiva: Cargo por energía reactiva que exceda el 30% del total de energía activa 0,0438 S/. / kVARh (1)Se calcula restando, la máxima demanda ocurrida en horas fuera de punta menos la máxima demanda ocurrida en horas punta.

27 jfernandezg@senati.pe La empresa de aviación Branint trabaja todos los meses (30 días en promedio por mes) registrando la siguiente carga diaria de potencia monofásica: 07:00 a 13:00 horas 50 kW 0,75 en retardo 13:00 a 19:00 horas 30 kW 0,85 en retardo 19:00 a 24:00 horas 15 kW 0,70 en retardo a)Determinar el monto mensual a facturar por energía activa. b)Determinar el monto mensual a facturar por energía reactiva. c)Determinar el monto mensual a facturar por máxima demanda. d)Calcular la capacidad en  F del condensador necesario para no pagar por concepto de energía reactiva, realizar los cálculos con los datos del momento en que ocurre la máxima demanda del día, así como un suministro monofásico de 220 V, 60 Hz

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33 A una tensión alterna senoidal de 230 V, 50 Hz se conecta una bobina de coeficiente de autoinducción L=0,04 H y resistencia despreciable. Calcular: a)Reactancia de la bobina. b)Intensidad que circula por la bobina. c)Potencia que consume. La reactancia de la bobina La intensidad que circula por la bobina Potencia que consume

34 jfernandezg@senati.pe A una tensión alterna senoidal de 230 V, 50 Hz se conecta una bobina de coeficiente de autoinducción L=0,04 H y resistencia despreciable. Calcular: a)Reactancia de la bobina. b)Intensidad que circula por la bobina. c)Potencia que consume. La reactancia de la bobina La intensidad que circula por la bobina Potencia que consume

35 jfernandezg@senati.pe Un circuito serie de resistencia R=10 , coeficiente de autoinducción L= 0,02 H y capacidad C= 10  F se conecta a una tensión alterna senoidal de 110 V, 50 Hz. Calcular: a)Impedancia del circuito. b)Intensidad de corriente que lo recorre. La impedancia

36 jfernandezg@senati.pe La impedancia

37 jfernandezg@senati.pe Una bobina de resistencia R= 200  y coeficiente de autoinducción L=0,2 H se conecta en serie con un condensador de capacidad C= 100  F a una tensión alterna senoidal de 250 V, 50 Hz. Calcular: a)Reactancia total. b)Impedancia del circuito. c)Intensidad de corriente. d)Ángulo de desfase entre la tensión aplicada al circuito y la intensidad. e)Potencia activa, reactiva y aparente consumida

38 jfernandezg@senati.pe La reactancia total X = XL - Xc La impedancia del circuito La intensidad de corriente La tangente del ángulo de desfase

39 jfernandezg@senati.pe La reactancia total X = XL - Xc La impedancia del circuito La intensidad de corriente La tangente del ángulo de desfase

40 jfernandezg@senati.pe La potencia activa

41 jfernandezg@senati.pe Una bobina de resistencia 30  y coeficiente de autoinducción 0,4 H está conectada en serie con un condensador de 40  F a una tensión alterna senoidal de 220 V, 50 Hz. Calcular: a)Triángulo de resistencias. b)Intensidad de corriente. c)Triángulo de tensiones. d)Triángulo de potencias

42 jfernandezg@senati.pe Las reactancias del circuito La intensidad

43 jfernandezg@senati.pe Las tensiones en el circuito Las potencias en el circuito

44 jfernandezg@senati.pe La instalación de una panadería consta de los siguientes receptores: a)Un sistema de ventilación con un motor de 2 KW, Cos = 0,7; b)Un sistema de alumbrado consistente en 20 lámparas de 40 W cada una y con un factor de potencia de 0,6; c)Un horno de 4 KW. El suministro de energía se hace a 220 V y 50 Hz. Calcular: a)La potencia aparente total instalada, b)El factor de potencia total, c)La corriente total por los conductores de la línea general.

45 jfernandezg@senati.pe Para calcular la potencia reactiva del motor nos valemos del triangulo de potencias, donde aplicamos la función trigonométrica de la tangente: 1 = 1 1 1 = 1 1 = 2 000 45,6° = 2 042 (El 1 que le corresponde al 1 = 0,7; es 45,6°) La potencia activa total de las lámparas es: P2 = 20(40 W) = 800 W El 2 que le corresponde al 2 = 0,6; es 53,1° 2 = 22 = 800 53,1° = 1 067 R

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47 Se trata de mejorar el factor de potencia de un motor monofásico de 1000 W / 230 V con un factor de potencia de 0,6 hasta conseguir un factor de potencia de 0,95. para ello conectamos un condensador de potencia reactiva Qc y capacidad C en paralelo con el motor. Tal como se muestra

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