Horno de Arco Electrico - Generalidades

Exposición Tema de Investigación Horno de Arco Eléctrico 1. In Intr trod oduc ucci ción ón Los hor hornos nos de arco arco eléc eléctr tric ico o vien vienen en sien siendo do util utiliz izad ados os en la indu indust stri ria a metalúrgica como la meor !orma de !undir algunos metales " aluminio# co$re# plomo# acero de alta pureza%. &'sicamente operan trans!ormando la energ(a eléctrica en calor aplicado a la chatarra o reducido de metal# por lo )ue el resultado es un tipo de acero limpio * de alta aleación. +e caracterizan por ser una carga no lineal# de impedancia varia$le con altos consumos de potencia activa * reactiva# lo )ue conlleva a e!ectos adversos en la calidad de la energ(a para el sistema eléctrico de distri$ución al cual se encuentran conectados. En los sistemas eléctricos de potencia el horno de arco es considerado como el prin princi cipa pall ca caus usan ante te de ,uct ,uctua uaci cion ones es de volt volta ae# e# prod produc ucie iend ndo o ca ca(d (das as moment moment'ne 'neas as de tensió tensión n "-lic "-licer% er% en el punto punto de conexi conexión ón común común de la instalación * en otros $arraes aleda/os. El -licer puede originar molestias visuales en las instalaciones de iluminación * depende $'sicamente de dos par'metros# !recuencia * amplitud. Adicionalmente# el horno de arco es una !uente de armónicos * su$0armónicos de voltae * corriente de$ido a la naturaleza no lineal del arco eléctrico. Los armónicos son el tipo de pertur$ación con ma*or incidencia en la calidad de la energ(a eléctrica# esta$leciendo condiciones condiciones indesea$les de operación en otros e)uipos o m')uinas en la misma empresa * en otras instalaciones conectadas a través de distintos alimentadores en el mismo sistema de distri$ución. per perad ador ores es de red * usu usuarios rios de es este te tipo ipo de carga arga co con noce cen n es esttos inco inconv nven enie ient ntes es * en cons consec ecue uenc ncia ia de$e de$en n gene genera rarr es estr trat ateg egia iass para para su atenuación# como por eemplo# el empleo de modelos matem'ticos de hornos de arco )ue permitan predecir los e!ectos en los (ndices de calidad de la energ(a del sistema de distri$ución )ue tendr(an nuevas acer(as# o evaluar el desempe/o de e)uipos mitigadores para acer(as *a existentes# de modo )ue se cumpla la normativa de 2alidad de Energ(a.

3. 4arco 5e!erencial 3.1

2onceptos $'sicos

3.3

4arco Teórico

Horno de Arco Eléctrico

Fenómeno de Aro Eléctrico

6n horno de arco eléctrico es un horno )ue calienta el material cargado por medio de un arco eléctrico. Etapa de -usión. Luego de )ue el horno es cargado en el interior de la cu$a con el material a !undir# los tres electrodos de car$ón son $aados hacia la carga la cual completa el circuito eléctrico entre las tres !ases# ocasionando intencionalmente un cortocircuito para esta$lecer el arco eléctrico. El calor generado por el arco empieza a !undir el metal * permite el avance de los electrodos per!orando el material. 7urante esta primera parte de la !usión del acero llamada !ase de per!oración# el arco eléctrico es !'cilmente extinguido por trozos de material solido )ue golpean la punta de los electrodos o por el material *a !undido )ue cae en ellos cuando la cu$a del horno es sometida a un $alanceo para reacomodar el material. 6na vez los circuitos de control de posición )ue tienen cada uno de los electrodos detectan la ausencia de corriente# los electrodos son $aados nuevamente hasta hacer contacto con la chatarra * de esta manera esta$lecer de nuevo el arco eléctrico. Este proceso de extinción * reinicio del arco eléctrico ocurre una * otra vez de manera aleatoria en la !ase de per!oración# ocasionando cam$ios en la impedancia de la carga lo )ue conlleva a ca(das moment'neas de voltae en el $arrae de conexión de la instalación * en otros $arraes cercanos a ellas. Al comienzo de la etapa se producen las ma*ores ,uctuaciones de potencia activa * reactiva. Las grandes variaciones de potencia reactiva ocasionan severas ,uctuaciones de tensión en la red# por ello# el horno de$e ser conectado en un punto con alto nivel de corto

circuito# )ue por lo general sólo es posi$le en sistemas de alta tensión.  Tam$ién se presentan !uertes des$alances entre !ases# en donde una !ase puede estar en corto circuito * otra en circuito a$ierto. Etapa de 5e8nado. +u duración depende de la calidad del acero )ue se )uiera o$tener# durante esta etapa el consumo de potencia activa es menor * el !actor de potencia alcanza valores de hasta 9.:. ;sta es una !ase mucho m's esta$le# donde las ,uctuaciones de potencia activa * reactiva son menores * se de$en !undamentalmente al $ur$ueo del material !undido Circuito Eléctrico del Horno de Arco

En la -igura se muestra un diagrama uni8lar t(pico de una instalación )ue cuenta con un horno de arco eléctrico. Contenido Armónico

En un sistema de potencia ideal# la tensión suministrada al e)uipo del consumidor * la corriente de carga resultante son ondas seno per!ectas. +in em$argo# en la pr'ctica# las condiciones nunca son ideales# as( )ue estas !ormas de onda son con !recuencia distorsionadas. Los armónicos son tensiones y/o corrientes presentes en un sistema a  !recuencias múltiplos de la !recuencia !undamental de tra$ao del sistema eléctrico * cu*a amplitud va decreciendo con!orme aumenta el múltiplo. En el caso de sistemas alimentados por la red de <9 Hz# pueden aparecer armónicos de 1=9# >99# ?39# @?9# <99Hz# etc. Los armónicos de una !orma de onda distorsionada pueden representarse por series de -ourier. Las principales !uentes de armónicos son las siguientes E)uipos de cómputo computadores personales# impresoras l'ser# comunicaciones. -otocopiadoras. +istemas de potencia ininterrumpida "6B+%. 2ontroladores electrónicos de ascensores. 2onvertidos de !recuencia para motores s(ncronos * de inducción. 5ecti8cadores. •

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Hornos de arco y de inducción. •

L'mparas de encendido electrónico * L'mparas ,uorescentes

Los principales e!ectos de los armónicos son los siguientes

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+o$recalentamiento * da/o de conductores eléctricos# particularmente del neutro en sistemas tri!'sicos. +o$recalentamiento * !alla prematura de trans!ormadores# inclusive incendio. 7istorsión de la tensión de l(nea en alimentadores * circuitos ramales alimentados desde !uentes de alta impedancia "generadores# trans!ormadores * reguladores de alta impedancia# alimentadores primarios# etc.%. peración indeseada de interruptores# relés * contactores. Cuema de !usi$les "de $ancos de condensadores%. +o$recalentamiento * !alla de $ancos de capacitores para corrección del !actor de potencia. Inducción de ruido en las l(neas "por acople magnético o electromagnético entre circuitos de potencia eléctrica * de comunicaciones%. Aumento de pérdidas "óhmicas * dieléctricas% en conductores.

Flicker de Tensión

El ,icer es el e!ecto de luminosidad resultante de pe)ue/as ,uctuaciones de voltae provocadas por el !uncionamiento de cargas varia$les con $ao !actor de potencia como hornos de arco# e)uipos de soldadura# motores# etc. Bara ilustrar meor esto# la -igura muestra un sistema alimentando un horno de arco * algunas cargas domésticas donde el ,icer de tensión puede causar pro$lemas. 4ientras )ue las corrientes de carga domésticas son pr'cticamente constantes# la carga del horno de arco cam$ia r'pidamente * genera ca(das de tensión varia$les * moment'neas a lo largo del alimentador de distri$ución. La tensión del alimentador primario llega a ser varia$le# * los distur$ios pueden ser o$servados por algunas de las cargas domésticas vecinas.

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Estado del Arte