Electromagazine 02

índice ar t ículos t é cn ico s

6. 12.

Potencia activa y reactiva

20.

G rupos electrógenos (1ª parte)

Explicación de lo que se entiende por potencia activa, aparente y reactiva.

Introducción a la Ilum inación Explicación de algunasdefi nicionesusualmente encontradas en la literatura especializada. Introducción al tema mencionando la clasificación según sus modosde uso y la potencia que pueden brindar.

in f or m ación de i nt eré s

18.

N oticias sobre elsector eléctrico delU ruguay

19.

A lta tensión

Cambi o de designación de la UREE a URSEA / Calendario 2003 de eventosen el LATU / Estadísticasde nuestro sito web. Diagrama elé ctrico de las líneas de alta tensión en el Uruguay.

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EL OBJETIVO DE ELECTROMAGAZINE Difundi r conocim iento general sobre el uso y m anejo de la energía eléctrica, así como de equipamiento específico que distintas empresas ofrecen en el mercado del Uruguay. Brindar un vínculo de encuentro entre las distintas empresas, instituci ones, profesionales y técnicos que se relacionan, directa o in directamente, con el sector eléctrico u ruguayo. Tiraje 2.000 ejemp lares

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ELECTROMAGAZINE | marzo 2003

www.electromagazine.com.uy

editorial Deseamos agradecer a todas aquellas personas que nos han llamado por teléfono o enviado emails para felicitarnos por nuestro nuevo emprendimiento. Queremos decirles a ellos que esto nos ha resultado de gran estímulo. Sin duda, el hecho de que toda persona que com pra o vende productos o servicios del sector eléctrico disponga de una publicación que le lleve a sus propias manos la información de interés de nuestro mercado , es algo de suma utilidad. Por esto, y como parte de nuestro crecimiento, estamos llegando con nuestro segundo número en las capitales del interior a las empresas instaladoras y fábricas de estas ciudades. Para todos aquellos que no han podido registrarse como suscriptores les decimos que en cada capital existe una casa de venta de material eléctrico en la cual hay un exhibidor con números extras de Electromagazine para retirar. En la penúltima página se puede ver una lista de los centros de distribución con dichos exhibidores. Con cada número iremos agregando más información para nuestros lectores, como distintos cursos técnicos que brindan institutos de plaza, libros técnicos recomendados, eventos de interés nacionales e internacionales, etc. Pero algo más próximo es el lanzamiento de un boletín electrónico (vía e-mail) donde le iremos enviando, cada 15 días, noticias del sector eléctrico, promociones y ofertas de interés de materiales eléctricos. Quien desee recibirlo solo tiene que ingresar a nuestra página web a la sección “suscripciones” y llenar el formulario allí disponible. No duden en hacernos llegar sus inquietudes y consultas por el correo electrónico: comentarios@electromagazine.com.uy. Finalmente deseamos que este nuevo número tam bién sea de vuestro agrado y utilidad. Seguimos trabajando para que el sector eléctrico del Uruguay esté en su escritorio. La dirección de ElectroMagazine

La primer revista del sector eléctrico del Uruguay

ELECTROMAGAZINE | marzo 2003 |

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ar t ícu lo t é cn ico

Potencia activa y reactiva Resumen Explicación de lo que se entiende por potencia activa, aparent e y reactiva. Todo aparato eléctrico trae un valor o rango de valores de tensión en los cuales trabaja, expresado en voltios (V), así como el consumo de corriente en amperes (A). Otras veces el valor de consumo viene expresado en watts (W) lo cual no trae mayor confusión a los usuarios. Pero a veces el valor viene expresado en volt-am per (VA), como en el caso de un transformador, y esto sí produce a muchos instaladores y técnicos alguna confusión respecto a su real significado y diferencia con los watts. Relacionado con esto es la confusión al momento de manejar los conceptos de qué es y cómo se mide la potencia activa y la potencia reactiva de una carga eléctrica, y a qué se debe que el excesivo consumo de energía reactiva por parte de un consumidor sea penalizado por el suministrador de energía eléctrica en todos los países del mundo. Vamos a explicar este concepto desde el punto de vista matemático y físico (consideraremos en este primer artículo que las cargas eléctricas son lineales, es decir, que la corriente que consumen es una función sinusoidal de frecuencia industrial de 50 Hz).

Desfasaje entre la tensión y corriente de una carga eléctrica. La tensión generada en el Uruguay y que llega a nuestras empresas y hogares es del tipo sinusoidal. Esto significa que la tensión es del tipo v (t )

=

2.Vsen ( wt )

siendo V la tensión eficaz, t el tiempo, w = 2.#.f, donde f es la frecuencia de la red (50 Hz) y # la letra griega “pi” que representa al valor aproximadamente igual a 3,1416.(El símbolo 2 6

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que simboliza a la raíz cuadrada de 2, aproximadamente igual a 1,41, es la relación entre el valor eficaz y el valor de pico máximo de la tensión mencionada). Al conectar y poner en funcionamiento un aparato eléctrico, el mismo (supongamos monofásico) consume una cantidad dada de corriente. Esta corriente no siempre tiene que resultar ser una función sinusoidal que esté en fase con la tensión, si no que, al contrario, puede existir un desfasaje en el tiempo como se muestran en la figura 1. En forma matemática esto se representa de la forma i( t ) 2 Isent ( wt " ! ) siendo I la corriente eficaz y ! el ángulo de desfasaje de la corriente respecto a la tensión. =

fig.1 Corrient e y t ensión en fase y con un pequ eñ o desfasaje.

Si bien lo que se muestra en la figura 1 es lo mismo que observaríamos en un osciloscopio, no es siempre una representación del todo práctica. Una manera de visualizar esto de manera mas clara es usando una representación vectorial. Esto se realiza considerando un vector cuyo largo (o módulo) sea proporcional al valor eficaz de la magnitud a representar, con el punto de partida centrado en un punto fijo. Si hiciéramos girar dicho vector alrededor del punto fijo (en sentido antihorario), la proyección de dicho vector sobre un eje vertical resultaría ser, en función del tiempo, una sinusoide como se observa en la figura 2. Para poder representar vectorialmente lo que suwww.electromagazine.com.uy


fig.2 La pro yección vertical del vector genera la sinusoide. Al p unt o A le corr espon de A1 y al B, B1

fig.3 Representación vectorial de la tensión y corr ient e de una carga mo no fásica.

cede en la figura 1 (una corriente desfasada en el presentación vectorial de corriente y tensión de tiempo con respecto a la tensión) debemos agre- una carga eléctrica. En el caso que se representa gar otro vector que represente la corriente, y di- en la figura se dice que la corriente está atrasada bujarlo con un cierto ángulo de separación con con respecto a la tensión, o que la carga eléctrica respecto al de la tensión. Si imaginamos ahora a es inductiva (la mayoría lo son). Cuando es el ambos vectores girando al mismo tiempo obte- caso contrario, en el que la corriente está adelannemos el equivalente a la figura 1 tal como se tada con respecto a la tensión, se dice que la carmuestra en la figura 3. Esto se conoce como re- ga es capacitiva. Esta representación tiene como



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Pot encia acti va y reactiva

ventaja el poder ver mas claramente el desfasaje po y su valor depende de cada instante del misque existe entre la corriente y tensión de trabajo mo. En la práctica esto se simplifica definiendo de una carga eléctrica. Veremos la utilidad de esto la potencia activa como el valor medio de esa unos párrafos mas adelante. expresión a lo largo del tiempo. Este valor medio es proporcional al valor del “área encerrada” por la curva y señalada en la figura 4. Téngase Potencia activa, aparente y presente que el area señalada con línea punteada reactiva. en rojo hace aportes positivos a dicho promedio Cuando hablamos de un circuito de corriente con- (y por lo tanto a la medida de la potencia activa), tinua, la potencia de una carga eléctrica se define y el área señalada con línea punteada en verde como el producto de la tensón por la corriente (V.I), hace aportes negativos al mismo. (ver fig. 4). Macuya magnitud se expresa en W (watts). En cir- temáticamente hablando, la potencia activa de un cuitos de corriente alterna la cosa ya no es tan in- consumidor eléctrico es la integral del producto de su tensión por la corriente, mostrado por la mediata. Podríamos comenzar hablando de la potencia ins- ecuación siguiente: tantánea y sería el producto de la tensión aplicada 1 P v(t ).i(t )dt = por la corriente consumida en cada instante. T  0 O sea que para una tensión y una corriente como las antes mencionadas la potencia instantánea sería Este valor es el que medimos con un vatíme p(t) .Vsen(wt). Isen(wt) 2 .Vsen ( wt ) $ 2 Isen ( wt ! " )! ) p ( t = tro. Este valor no es muy práctico, ya que se están En la anterior expresión T = 20 ms representa el multiplicando expresiones sinusoidales del tiem- tiempo que dura un ciclo de la señal sinusoidal que llega a nuestros trabajos. De ser el único aparato que esté conectado en una casa, este valor será el que se incrementará en el contador hora tras hora, mientras mantengamos funcionando dicha carga eléctrica Ahora bien, el resultado de resolver la operación anterior es la conocida expresión : P = VI . cos( . ! ) siendo ! el valor del ángulo que se observa en la figura 3. En otras palabras, en una carga monofásica la potencia activa es el producto de la tensión eficaz V, por la corriente eficaz I, y por el valor del coseno del ángulo de desfasaje entre ambas. Este valor de P se mide en watts. Llegado a este punto, podemos definir una nueva potencia llamada la potencia aparente de una carga eléctrica, cuyo símbolo tradicional es S y vale (para una carga monofásica) el producto VI, o sea que: S = V.I Esta potencia aparente se mide en VA (volt-am per). A partir de aquí se define el factor de potencia % de una carga eléctrica como la relación entre S y P. f i g 4 . gráfica de la p ot encia inst ant ánea para O sea que factor de potencia distint os valores de ! T

=

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% =

P S

=

cos(! )

Pongamos un ejemplo: La chapa característica de un equipo indica que la potencia aparente es de 10 kVA y su potencia activa es de 7,5 kW. Esto implica que el equipo en cuestión tiene un factor de potencia de 0,75 (pues 7,5 / 10 = 0,75). Una nueva interpretación, ahora geométrica de P y S, tiene lugar cuando comparamos la relación existente entre esas dos potencias con el coseno ! y la relación similar que guardan los lados de un triángulo rectángulo. En todo triángulo rectángulo, la relación entre un cateto (uno de los dos lados que forman el ángulo de 90º) y la hipotenusa, es el coseno del ángulo comprendido por ambos lados. Esto se ilustra en la figura 5. Esto es lo que se conoce como el triángulo de potencias . A partir de este triángulo se define la


f i g . 5 Triáng ulo de po tencias para u na carg a elé ctrica mon of ásica

potencia reactiva , que se simboliza con la letra Q

y se mida en VAR (volt-amper reactivos) como el valor del tercer lado del triángulo (el restante cateto) y cuyo valor, para relacionarlo con el ángulo ! es de: Q

=

V . I .sen(! )

o lo que es lo mismo Q

=

S .sen(! )


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Pot encia acti va y reactiva

De aplicar el teorema de Pitágoras al triángulo de potencias obtenemos que: S =

2

P

+

2

Q

y que: factor de potencia P

% = cos(! ) = P

2

+

Q

2

La potencia activa es la potencia que nuestra carga eléctrica transforma en un uso útil o aprovechable, siendo en el caso de los motores la potencia mecánica en el eje del mismo, o en el caso del calentador de agua la que se transfiere en forma de calor. La potencia reactiva que consume una carga eléctrica está asociada a la existencia de campos magnéticos en motores y transformadores. Estos cam pos magnéticos no producen trabajo útil en la instalación, pero sí son necesarios para que éste se produzca: en el transformador el campo magnétif i g . 6 Caso de 2 carg as elé ctricas con un mismo consumo de pot encia activa, pero con distint o f acto r de pot encia

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co que contiene el entrehierro es el causante de que se induzcan tensiones en el arrollamiento secundario del mismo y en un motor, el campo magnético que genera el estator es el causante que se mueva el rotor del mismo. Por dicho motivo, en una instalación con este tipo de máquinas eléctricas la potencia reactiva se ve como aquel gasto que hay que realizar para mantener esos campos magnéticos, aunque es una energía que en definitiva no se usa para generar trabajo mecánico útil o por lo menos calor: es la potencia activa consumida por la instalación la que se transforma en esto último mencionado. De la expresión para la potencia activa se observa que cuando ! es 90º, entonces y debido a que cos(!) vale 0, la potencia activa consumida es nula y solo hay consumo de potencia reactiva. Esto último es el caso de una inductancia pura. Gráficamente este resultado se aprecia en la figura 4 , pues el área encerrada bajo la curva (siendo proporcional al valor de la potencia activa) es cero dado que los aportes positivos (área marcada con rojo) son idénticos a los aportes negativos (área marcada en verde). Esta misma gráfica nos lleva a concluir que en una instalación de esas características hay un flujo de potencia comúnmente llamada “reciprocante”, esto es, que la misma cantidad de energía que se consume también se devuelve a la red, siendo su promedio nulo en un ciclo. En la figura 6 se ilustran dos casos en los que la carga eléctrica consume la misma potencia activa pero tienen distintos valores de potencia reactiva (o sea, las cargas eléctricas consumen la misma potencia activa pero tienen distintos factores de potencia). Observe que en este caso la potencia aparente requerida es mayor cuanto mayor es la potencia reactiva (también se observa la representación vectorial de la tensión y corriente para caso). Esto significa que para el mismo uso útil de la energía eléctrica (potencia activa) y trabajando con la misma tensión, en un caso se consume mayor corriente de entrada. Sin duda esto no es beneficioso para nadie. En particular nadie quiere tener que sobredimensionar los cables, interruptores, transformadores, etc. de su instalación para obtener un trabajo que bien puede ser resuelto con cables, interruptores, transformadores, etc. más chicos y por lo tanto más económicos. www.electromagazine.com.uy


Algo similar sucede desde el punto de vista del suministrador de la energía pública. Estas empresas penalizan el consumo excesivo de energía reactiva con lo cual se obliga a tener que controlar o corregir el consumo de energía reactiva. Por ejemplo una carga eléctrica monofásica que consuma 10 kW con un factor de potencia igual a 1 (no existe desfasaje entre la tensión y la corriente) insume una corriente de 45 A. Pero si la misma potencia se consume a un factor de potencia de 0,8 entonces la corriente será de 57 A (un 25 % más), mientras que si el factor de potencia es de 0,5 entonces la corriente será de 91 A (el doble). En la figura 7 se generalizan los resultados de potencia activa, reactiva y aparente para el caso de una red trifásica (suponiendo una carga balanceada, es decir, las corrientes de las tres fases son del mismo valor).


fig.7 result ados de pot encia activa, reactiva y aparente para el caso de u na red trif ásica y mon of ásica

En próximos artículos extenderemos estos conceptos para entender como corregir el consumo excesivo de energía reactiva, cómo varían las expresiones matemáticas del factor de potencia, potencia reactiva, etc. cuando la carga eléctrica consume corrientes con contenido armónico.

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ar t ícu l o t é cn i co

Introducción a la ilum inación Resumen Explicación de algunas definiciones usualm ente encont radas en la lit eratura especializada.

tes luminosas. Si habláramos de una fuente incandescente, podríamos hablar del sol. Si nos refiriéramos a una fuente luminiscente tendríamos los rayos en una tormenta y si buscáramos una fuente fotoluminiscente encontraríamos a las luciérnagas.

Intentar explicar de forma sencilla qué es la luz En las fuentes artificiales tenemos como geneno es fácil ni muy práctico. radoras de luz incandescente a las lámparas con Pero sí resulta más fácil explicar los distintos filamento convencional y a las halógenas. En tipos de fuentes luminosas junto a sus propie- las fuentes luminiscentes tenemos las lámparas dades, con las cuales los técnicos e ingenieros de descarga (de vapor de mercurio, sodio, halotrabajamos a diario, así como entender cómo re- genuros metálicos, etc). Y finalmente, como acciona el ojo humano ante dichas fuentes. Esto fuentes fotoluminiscentes tenemos a los tubos nos permitirá entender el por qué de ciertas lu- fluorescentes y las lámparas fluorescentes comminarias para ciertas situaciones que intentare- pactas (comúnmente conocidas como lámparas mos ir presentando desde las páginas de Elec- de “bajo consumo”). La figura 1 muestra un resumen gráfico de lo expuesto troMagazine en próximos números.

Fuentes luminosas La luz se puede producir de varias formas. Las más importantes con relación a las lámparas eléctricas son: • Incandescencia Calentando cuerpos sólidos hasta que éstos comiencen a emitir luz • Luminiscencia Provocando una descarga eléctrica entre dos placas o electrodos que se encuentran en el seno de un gas o de un vapor metálico. A su vez, existen lámparas de luz mixta (incandescente + luminiscente) y lámparas fotoluminiscentes cuya característica adicional es la de aprovechar la luminiscencia de ciertas sustancias cuando son expuestas a radiación ultravioleta (radiación producto de descargas eléctricas). En la naturaleza tenemos ejemplos de estas fuen12

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Distribución espectral de la luz Luego que finaliza una tormenta solemos ver el arco iris, que consiste en una gama ordenada de colores. Esos colores vienen de la descomposición de la luz natural procedente del sol al pasar por ciertas nubes cuyas gotas de agua ofician de prisma. Esto muestra que la luz natural está compuesta por la superposición de varios colores. En realidad, cualquier fuente de luz visible al ojo humano está compuesta por varios colores, aunque el ojo la percibirá siempre con una tonalidad única, es decir, monocromática, la cual será el producto de la fusión y participación de cada uno de esos colores. Para saber hasta qué grado participan cada uno de los diferentes colores en la emisión lumínica de una fuente, se efectúa una descomposición espectral de la misma. En esta descomposición se observa qué cantidad de cada color compone determinado tipo de luz. www.electromagazine.com.uy


candescente podremos apreciar una disminución importante en los colores azules y un aumento considerable en los rojos. Finalmente se puede observar la mayor proporción de colores verdosos-amarillos en una fuente de luz fluorescente. La figura 2 es simplemente un ejemplo general de distribución espectral. (ver pag. siguiente)

En la fig 2 podemos ver que la luz emitida por el sol a las 12 del mediodía presenta una distribución continua con una participación mas o menos ho-

mogénea de cada uno de los colores. Por el contrario, si observamos la distribución espectral de la luz emitida por una lámpara in-

LaLa prim primer er revista revista para delelsector sectoreléctrico eléctrico del del Uruguay Uruguay

Curva de sensibilidad del ojo humano El conjunto de radiaciones de la luz del día está comprendido en una zona del espectro electromagnético cuyas longi-


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Int rod ucción a la Ilum inación

tudes de onda van desde los 380 nm (nm significa nanometro y es una milmillonésima parte de un metro) para el color violeta hasta los 780 nm para el color rojo. Estos valores de onda electromagnética corresponden a los límites de sensibilidad del ojo humano a la luz y componen lo que podríamos llamar el intervalo o espectro

visible. Fuera de los mismos el ojo es ciego, o sea, no percibe ninguna clase de radiación. Como hemos mencionado anteriormente, toda fuente luminosa tiene su propia radiación o mezcla de ellas comprendida dentro de dichos límites. Sin embargo, el ojo humano no responde a todas ellas por igual. El ojo capta con distinta sensibilidad cada uno de los colores de la luz pues la propia sensibilidad de la retina es diferente para cada color. Si se representa en una grafico la sensibilidad relativa del ojo humano para las distintas longitudes de onda de la luz de un mediodía soleado (o sea, la sensibilidad para los distintos componentes de color que posee la luz proveniente del sol), suponiendo a todas las radiaciones luminosas la misma energía, se obtiene una curva en forma de campana, llamada “curva de sensibilidad del ojo a las radiaciones monocromáticas” En la figura 3 se puede apreciar que el ojo tiene f i g 3 . curva de sensibilidad d el ojo hu mano

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la mayor sensibilidad para una longitud de onda de 555 nm que corresponde al color amarilloverdoso y la mínima a los colores rojo y violeta. De aquí se desprende que las fuentes de luz que en su composición espectral presenten mayor proporción de radiaciones en longitudes de onda que correspondan a los colores verde y amarillo, tendrán más eficacia (aunque una luz de color exclusivamente verde o amarilllo no nos resultaría cómoda pues nuestro ojo está acostumbrado a la luz blanca del sol). Como se puede observar en la misma figura, en la noche el máximo de sensibilidad del ojo se desplaza hacia longitudes de onda menores.

colores se pueden representar matemáticamente por medio de un diagrama de colores o triángulo cromático. Otro criterio para definir el color de luz de una fuente luminosa consiste en relacionarlo con la temperatura de un cuerpo de referencia. Este cuerpo de referencia se ha definido como un radiador ideal que teóricamente radia toda la energía que recibe, cambiando de color al variar su temperatura absoluta. A este cuerpo se le llama “cuerpo negro”. La relación temperaturacolor de dicho cuerpo dio origen a una curva característica de referencia establecida por la Comisión Internacional de Iluminación (Commission Internationale de L’Eclairage; CIE), corporación de normalización internacional soaspectos fundamentales de evaluación meLa temperatura del color de bre trológica de la luz y el color. Esta curva define una fuente luminosa que a determinadas temperaturas del cuerpo Los colores del espectro visible, así como to- negro le corresponden determinadas radiaciodos los que resultan de la mezcla de distintos nes electromagnéticas (en este caso, colores). A



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Int rod ucción a la Ilum inación

cir que a diferentes horas del día, en diferentes condiciones atmosféricas y en diferentes latitudes, la luz solar adquiere diferentes colores.

partir de esto y con la ayuda de un colorímetro y dicha curva, se puede efectuar lo inverso, es decir, a determinado color de una fuente luminosa asignarle una mensura de su color, llamada “temperatura de color”. Así podemos decir por ejem plo, que las lámparas incandescentes tienen una temperatura de color (o “color aparente”), según el modelo, com prendida entre los 2700ºK y 3200 ºK. (ºK es la escala absoluta de temperatura, grados Kelvin, y la relación con la conocida escala de grados Celsius es: ºK = ºC + 273). No

(temperatura de color de la lámpara) con el de la temperatura de su filamento , el cual

en este caso queda unos 80ºK por debajo del valor de su tem peratura de color. Esto se debe a que la curva temperaturacolor de una lámpara incandescente no es igual a la curva temperatura - color del cuerpo negro de referencia . También podemos decir que la “luz natural blanca”, aquella que emite el sol con cielo des pejado tiene una temperatura de color de 5800ºK cuando se encuentra en el cenit y de 2000ºK cuando está en el horizonte. hay que confundir este valor En consecuencia, es fácil dedu-

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En general podemos decir que, a mayor temperatura de color los tonos son mas azulados; por el contrario, a menor temperatura los tonos son mas rojizos.Hay que destacar que si bien en la mayoría de las lám paras incandescentes la relación temperatura de filamento/ temperatura de color no coincide exactamente con la curva del cuerpo negro, en las lám paras de descarga, al producirse la luz por luminiscencia y no por incandescencia, su temperatura de color no tiene ninguna relación con su temperatura de funcionamiento. En estos casos se da como valor de su temperatura de color aquella temperatura de color del cuer po negro mas parecida a la del color de luz de la lámpara. A este valor se le denomina tem peratura de color similar o correlacionada. Cabe aclarar, también, que el dato de temperatura de color se refiere únicamente al color de la luz, pero no a su composición espectral, la cual resulta decisiva a la hora de reproducir los colores de los objetos iluminados. Es decir, que dos fuentes de luz pueden tener el mismo color aparente (o tem peratura de color) pero ambas pueden tener diferentes distri buciones espectrales en su emisión. Esto nos lleva al tema de la reproducción cromática, el cual se tratará en un futuro artículo. www.electromagazine.com.uy

ar t ícu lo d e in t er é s



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A lta tensión en U ruguay Diagram a elé ctrico de líneas de alt a tensión en el Uruguay



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G rupos electrógenos (I) Resumen Int roducción al tema mencionando la clasif icación según sus modos de uso y la pot encia que pueden brind ar. Desde los carritos ambulantes de venta de chorizos hasta las más grandes industrias, el uso de los grupos electrógenos es algo a lo cual estas empresas han tenido que recurrir para dar continuidad a sus respectivas tareas. Desde un pequeño grupo electrógeno de 1 kW a uno de 2 MVA existen conceptos similares de funcionamiento. Vamos a describir las características comunes a todos estos grupos electrógenos y a medida que vayamos avanzando iremos mostrando características particulares para aplicaciones especiales.

Características generales

f i g . 1 diagrama en bloq ues de un grupo electrógeno

ca que se trasmitirá a los circuitos eléctricos que se han de alimentar. En la figura 1 se observa el diagrama en bloques de la estructura general. En funcionamiento normal el motor está girando a velocidad fija (r.p.m.) y el alternador, que actúa como carga mecánica del motor, genera la energía eléctrica. En todo generador sincrónico, el voltaje y en particular la frecuencia de la energía eléctrica generada son proporcionales a la velocidad que se le trasmite en el eje del mismo. Por lo tanto el motor del gmg debe girar a una velocidad (r.p.m.) lo mas constante posible pues, como se acaba de comentar, las variaciones que ésta tenga, serán trasmitidas en definitiva a las cargas eléctricas. Con respecto al combustible usado por el motor, el mismo puede ser nafta, diesel o gas. En términos generales, aquellos grupos electrógenos cuyo combustible es nafta son de baja potencia y monofásicos, del orden de 1 a 10 kW. Para potencias mayores usualmente se utiliza diesel o gas.

Primero debemos aclarar que vamos a descri bir lo que se conoce como grupo generador manejado por un motor de combustión interna. Los grupos electrógenos o como se les llamaba años atrás, grupo motor-generador, (desde ahora gmg) constan de un motor mecánico acoplado a un alternador sincrónico, o generador de corriente alterna. Tanto el motor como el alternador poseen ejes de giro. Entonces el motor trasmite su energía por medio de este eje y mediante él, el alternador la recibe para generar la energía eléctrica. Ambos conforman las partes principales de un gmg. Usos comunes En estas circunstancias el motor es el responsa- Los gmg de baja potencia, o para usos de res ble de hacer girar el alternador y éste, a través paldo de mediana importancia, se encienden y de sus bobinados, de generar la energía eléctri- apagan en forma manual. 20

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Esto se realiza tal como lo haríamos con un Por ejemplo, en ciertos edificios (que disponen motor cualquiera, desde un pulsador de encen- de gmg) al momento de un corte de energía, el dido o con una llave parecida a la de un auto. portero concurre hasta el mismo gmg, lo enciende y luego cambia de posición una llave doble fig.2 posible conexión d e un g mg en un edificio vía que habilita que la energía desde el gmg alimente un sector del tablero eléctrico en donde están las cargas más importantes (como el ascensor, la bomba de agua y un poco de iluminación). En la figura 2 se observa la situación descrita. Luego que la energía vuelve a la normalidad se procede a apagar el gmg y a volver la llave de doble vía a la situación normal. Cuando un gmg se usa para respaldo de energía de mayor importancia, el mismo trae consigo un tablero de transferencia automática. La función de este tablero es detectar cuándo la tensión de la red pública es anormal y en dicho caso sustituye dicha energía por la del propio gmg.



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Grupo s elect rógenos (I)

f i g 3 diagram a elé ctrico con un tablero de t ransferencia aut om ática

Todo esto lo realiza en forma automática y pro- Modos de operación y gramable de forma tal que, teóricamente, el fun- potencia disponible cionamiento normal del mismo pueda realizarse sin supervisión humana. Si el funcionamien- Los gmg se pueden clasificar de acuerdo a vato automático esperado falla por alguna razón rios criterios, pero según el modo de operación , entonces el gmg es capaz de enviar una alarma la norma ISO 8528-1 los clasifica en: en forma local o remota a un centro de mantenimiento. a. operación continua Esto es típico de muchas empresas que trabajan b. operación con tiempo limitado (llamaen horario continuo por lo que necesitan siemdo operación en stand-by en algunos pre de la energía eléctrica: hospitales, bancos, sitios) shopping’s centers, centrales de telecomunicaciones, centros de datos, etc. a. En esta forma de uso, el gmg puede llegar Claro está que siempre existe un intervalo de a ser usado como fuente principal de tiempo entre el momento en el que la red de alienergía, sin apagarse nunca, salvo para mentación pública desaparece y el momento en realizarle algún tipo de mantenimienel que el gmg está en condiciones de brindar el to (cambio de aceite, filtros, etc.). servicio. b. Se entiende que en esta forma el uso es Si bien para muchas tareas este intervalo de tiem para respaldar un corte de la energía po no es problema, para otras sería desastroso, pública, o para cubrir una demanda por lo cual toda empresa debe disponer de otras excesiva de consumo eléctrico, en soluciones para su soporte de energía en ese donde la cantidad de horas de uso período (variable y ajustable, pero que no es siempre tendrán un límite a lo largo menor a 5 segundos) tal como puede ser una del año. UPS. 22

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Ahora bien, en una situación real, la carga eléctrica que demanda un edificio, industria, etc. no es constante, teniendo variaciones a lo largo del día. ¿Cómo influyen estos cambios de consumo eléctrico en el desempeño de un grupo electrógeno? Quien primero percibe el cambio en el consumo de potencia (supongamos aumento) es el alternador. Éste necesita producir más corriente de salida y entonces le solicitará mas energía a quién se la está suministrando, siendo el motor eléctrico el responsable de producir dicha energía. Esto se manifiesta como un aumento de carga mecánica en el eje que une motor y alternador. Por lo tanto un cambio (aumento en este caso) de consumo eléctrico (en kW) es percibido por el motor del gmg como un aumento de carga mecánica en su eje. La reacción natural del motor será a bajar su velocidad (tal como ocurre


con un coche cuando comenzamos a subir una cuesta) debiendo el mismo poseer un sistema que detecte este cambio e inyecte mas combustible al mismo y de esta forma compense la disminución de velocidad. Por esta razón, lo que más se busca es poder mantener fija la velocidad de giro del motor, pues ella influye en la frecuencia y valor de la tensión de salida. Esto hace que algunos motores instalados en gmg posean reguladores de velocidad cuyo fin es mantener fija la velocidad de giro ante cam bios de carga. Como hemos concluido estos reguladores de velocidad (mecánicos o electrónicos) de giro de los motores influyen en el pasaje de combusti ble a los cilindros del motor. Además de este control, el alternador tiene un regulador automático de voltaje (sigla AVR en inglés) que supervisa específicamente la tensión


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de salida del gmg. En este caso, a diferencia del regulador de velocidad del motor, el regulador carga eléctrica variable, podemos hade voltaje controla la tensión de salida influyen blar de la carga eléctrica promedio do en el campo magnético procedente desde el (Ppp) a lo largo de 24 hs. que siempre rotor del alternador y cuyo valor influye proserá menor a la PRP. Entonces la Ppp porcionalmente en el valor de la tensión genedebe cumplir ser menor o igual a un rada en el estator del alternador. cierto porcentaje (habitualmente el Podemos decir entonces que un gmg puede lle75%) de la PRP indicada por el fabrigar a tener 2 controles, en principio indepencante. dientes, uno de frecuencia (desde el control exisc. Es la máxima potencia que el gmg es tente en el motor) y otro de tensión (desde el capaz de entregar por un período de control existente en el alternador). 500 hs. al año, de las cuales funciona Probablemente este último control no se encuenun máximo de 300 hs. en forma contre en un gmg de baja potencia, y es en éstos tinua. cuando observamos mas claramente que la tensión generada varía de forma apreciable ante A partir del modo de operación y la potencia cambios bruscos en la carga. disponible, los fabricantes de gmg usan una com binación de las definiciones dadas antes y se Acerca de la carga eléctrica que puede alimen- suele hablar de 2 usos corrientes: tar un gmg, la misma norma antes citada, ISO 8528-1 (inciso 13) define los siguientes tipos de potencia disponible que se puede obtener de un 1) Grupo electrógeno para uso continuo gmg: con carga eléctrica variable, lo que viene a ser una unión entre la clasificación a de modo de operación y la b de la a. Potencia Continua - COP potencia disponible. b. Potencia Principal - PRP (Prime Power) 2) Grupo electrógeno para uso en standc. Potencia de tiempo limitado (LTP) by, como fuente de respaldo, con limitación de horas de uso al año, lo que sería a. Es la potencia que el gmg puede deuna unión entre la clasificación b de sarrollar continuamente, por un númemodo de operación y la c de la potencia ro ilimitado de horas al año. Aquí se disponible. toma en cuenta que en ciertos momentos hay que realizar las tareas de manComercialmente la potencia obtenible de la fortenimiento al gmg, lo que implica dema 1 es menor que la obtenible de la forma 2, tener su funcionamiento. siendo la mayor un 10 % (aproximadamente) b. Es la máxima potencia que se puede superior que la menor. entregar a una carga de valor variaAparte de esto, los gmg supervisan internamen ble, durante una cantidad ilimitada de te su funcionamiento, controlando la presión de horas al año. También se toma en aceite y temperatura de refrigeración del motor, cuenta que en ciertos momentos hay así como otros parámetros de importancia del que realizar tareas de mantenimiento alternador. al gmg. Dada la importancia del servicio prestado en muEn este caso, y dado que se considera chos sitios, los gmg también trasmiten alarmas 24

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dando a conocer su estado, como por ejemplo: tran en la tabla de la página siguiente: bajo nivel de combustible, fallo de gmg, red pública anormal, etc. • Marcas y origen de los grupos electróPara empresas medianas y grandes, donde exisgenos que venden: te una red de computadoras instalada (LAN), los • Potencias que abarcan: gmg también se pueden comunicar a través de ésta a un centro de mantenimiento. • ¿Tienen todos encendidos automáticos?: También, y si en el centro de mantenimiento no hay personal supervisando la computadora • ¿Cuáles gmg tienen la posibilidad de enque supervisa al gmg, los tableros de superviviar alarmas remotas? : sión de los gmg son capaces de enviar mensa• ¿Cuáles gmg pueden enviar alarmas vía jes de alarma directamente a un teléfono celuuna LAN y/o red celular? : lar para avisar de algún mal funcionamiento en el equipo. (Las marcas fueron ordenadas alfabétiElectroMagazine realizó unas breves consulcamente) tas sobre gmg que se venden en plaza y algunas de sus características principales, siendo las preguntas las que se encuentran a conti- En próximos artículos consideraremos los sinuación y las respuestas las que se encuen- guientes temas relacionados a los grupos



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Marca

Potencias que Procedencia abarcan (kVA)

Encendido autom tico

Alarmas remotas

Alarmas v a LAN y/o red celular

GMI

Espa a

0,8 - 800

S

S

S

HATZ

Alemania

0,5 - 30

S

S

S

KOLHER

U.S.A.

6 - 2500

S

S

S

LASER

Italia

640 - 2500

S

S

S

PRAMAC LIFTER POWER SYSTEMS

Italia

0,45 - 6,5

S

S

S

POWERPAC

Inglaterra

6 - 2500

S

S

S

STEMAC

Brasil

30 - 2000

S

S

S

tabla de respu estas a las pregun tas de la págin a ant erior

electrógenos: alimentando una instalación cionamiento a gas en lugar del diesel, gmg en eléctrica donde existen corrientes armónicas, paralelo y gmg con bajo nivel de ruido (insoimportancia del mantenimiento, automatiza- noros). ción del funcionamiento, pro y contra del fun Bibliografía: ISO 8528 (con permiso).

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Electromagazine 02

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