TEG Diseño de Sistema de Potencia Reactiva

ÍNDICE GENERAL pp. LISTA DE CUADROS ............................................................................................... ................................................ ............................................... x LISTA DE FIGURAS ................................................................................................ xi LISTA DE GRÁFICAS ............................................................................................ .......................................................................... .................. xii Lista de Figuras .................................................... ........................................................................................................ .................................................... xiii Lista de Formulas ................................................. ..................................................................................................... .................................................... xiv RESUMEN .................................................. ....................................................................................................... ............................................................... .......... xv INTRODUCCION .................................................................................................... 16 CAPÍTULO ............................................................................................................... 19 I EL PROBLEMA ................................................ .................................................................................................... ...................................................... 19 Contextualización del de l Problema Prob lema ................................................... .............................................................................. ........................... 19 Objetivos ................................................................................................................. 20 Objetivo General ...................................................... .................................................................................................. ............................................ 20 Objetivos específicos ........................................................................................... ................................................................ ........................... 20 Justificación de la Investigación ................................................... .............................................................................. ........................... 21

II MARCO II MARCO REFERENCIAL ............................................... ................................................................................... .................................... 23 Reseña Histórica del Problema Pr oblema ..................................................... ................................................................................ ........................... 23 Antecedentes de la Investigación Inves tigación ............................................................................ 24 Bases Teóricas ......................................................................................................... ....................................................................................... .................. 28 Bases legales ............................................. .................................................................................................. ............................................................... .......... 48 Sistemas de Variables ................................................. .............................................................................................. ............................................. 55 Definición de Términos Básicos ............................................................................. 57

III MARCO III MARCO METODOLÓGICO ................................................. ............................................................................ ........................... 62

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Modalidad de la Investigación ................................................................................ 62 Tipo de Investigación .............................................................................................. ................................................. ............................................. 65 Procedimientos ........................................................................................................ ...................................................................................... .................. 65 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos.................................................. 68 Observación Directa ................................................................................................ ..................................................................... ........................... 68 Instrumento ............................................... .................................................................................................... ............................................................... .......... 68 Encuesta .................................................... ......................................................................................................... ............................................................... .......... 69 Población .................................................. ....................................................................................................... ............................................................... .......... 70 Muestra ..................................................... .......................................................................................................... ............................................................... .......... 71 Validez............................................. ................................................................................................. ........................................................................ .................... 72 Confiabilidad ................................................................................................. .......... 72 Técnicas de Análisis de Resultados .............................................. ......................................................................... ........................... 72 Fases de la Investigación ..................................................... ......................................................................................... .................................... 73 Fase de Diagnostico: ............................................... ............................................................................................ ............................................. 74 Fase de Alternativa Altern ativa de Solución: ......................................................................... ....................................................... .................. 74 Fase de Propuesta................................................................................................. 74 Operacionalización de las Variables ............................................................... ........ ............................................................... ........ 67

Capítulo IV ................................................................................................................ 75 Resultados ................................................................................................ .................. 75 Fase de d e Diagnóstico ..................................................... ................................................................................................. ............................................ 75 Conclusión de la encuesta ....................................... Error! Bookmark not defined. Fase de Alternativa de Solución ................................................... .............................................................................. ........................... 79 Fase de Propuesta .................................................................................................... 87 Objetivo General ...................................................... .................................................................................................. ............................................ 87

vii

Objetivos específicos ........................................................................................... ................................................................ ........................... 87 Justificación de la Investigación ................................................... .............................................................................. ........................... 88 Alcance ..................................................... .......................................................................................................... ............................................................... .......... 89 Delimitación ............................................. .................................................................................................. ............................................................... .......... 89 Desarrollo ................................................................................................................ ..................................................................................... ........................... 89 Diseño de la Propuesta ............................................................................................ 90 Estudio de Factibilidad ............................................... .......................................................................................... ........................................... 118 Estudio Técnico ..................................................................................................... ..................................................................................... ................ 119 Estudio Económico ...................................................... ................................................................................................ .......................................... 119 Análisis costo beneficio .............................................. ......................................................................................... ........................................... 122 Factibilidad Operativa ........................................................................................... .................................................................. ......................... 125 Estudio de impacto ambiental ............................................................................... 125

Capítulo V ................................................... ...................................................................... ................... Error! Bookmark not defined. Conclusiones y Recomendaciones Recomendacion es ................................................. .......................................................................... ......................... 126 Conclusiones ......................................................................................................... 126 Recomendaciones .................................................................................................. 127

Referencias .................................................. ....................................................................................................... ............................................................. ........ 128 Anexos ...................................................................................................................... 130 Anexo A: Resultados de la encuesta ..................................................................... ............................................ ......................... 131 Resultado de la encuesta ...................................................... ........................................................................................ .................................. 132 Anexo B: Diagrama unifilar sistema de ventilación forzada................................. 133 Anexo C: Graficas de mediciones con co n el registrador registrad or Amprobe ............................ 135 Anexo D: Imágenes del banco de capacitores automático instalado en Parque cristal ...................................................................................................... ................................................ ............................................................................... ......................... 140

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Resumen del Curriculum Vitae del Autor ............................................................ 148

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LISTA DE CUADROS pp. Cuadro 1, Definición de Variables .............................................................................. 56 Cuadro 2: Encuesta realizada al personal de ingeniería de la administración del edifico Parque Cristal .................................................................................................. 69 Cuadro 3: Operacionalización de Variables ................................................................ 67 Cuadro 4: Ficha técnica de la encuesta. ...................................................................... 78 Cuadro 5: Comparación de las propuestas .................................................................. 84

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LISTA DE FIGURAS pp. Figura 1: Triangulo de potencias ................................................................................ 33 Figura 2, Triangulo de potencias en sistemas trifásicos equilibrados ......................... 34 Figura 3: Triangulo de potencias en sistemas trifásicos desequilibrados ................... 35 Figura 4: tipos de cargas ............................................................................................. 37 Figura 5: forma de onda de la corriente para carga lineal y no lineal ......................... 37 Figura 6: Ilustración de una armadura de capacitor. ................................................... 46 Figura 7: Arreglo de una unidad capacitiva y detalles del capacitor interno. ............. 47 Figura 8: Diagrama del sistema de potencia reactiva, basado en banco de condensadores a las cargas aplicadas .......................................................................... 91 Figura 9:Registrador Amprobe, modelo DM-III ......................................................... 91 Figura 10: Diagrama de mediciones en los diversos sectores donde se requiere el estudio ......................................................................................................................... 92 Figura 11: Diagrama unifilar sistema de extractores y ventiladores ........................... 93 Figura 12: Esquema de un banco automático de capacitores. ................................... 103 Figura 13: Controlador automático para corrección de factor de potencia marca Circutor Computer 14D............................................................................................ 110 Figura 14: Condensador tubular trifásico .................................................................. 112 Figura 15: Contactor Telemecanique serie LC1DF para el control de condensadores ................................................................................................................................... 114 Figura 16: Interruptor termo magnético trifásico ...................................................... 116

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LISTA DE GRÁFICAS PP. Gráfica 1: Diagrama fasorial de un circuito resistivo ................................................ 39 Gráfica 2: Onda de tensión y corriente en fase. ......................................................... 40 Gráfica 3: Figura. Diagrama fasorial de un circuito inductivo. ................................. 40 Gráfica 4: Onda de corriente atrasada 90 º con respecto a la tensión. ....................... 41 Gráfica 5: Diagrama fasorial de un circuito capacitivo. ............................................. 42 Gráfica 6: Onda de corriente adelantada 90 º con respecto a la tensión. ................... 42 Gráfica 7: Curva corriente Vs tiempo ........................................................................ 95 Gráfica 8: Curva tensión Vs. tiempo .......................................................................... 96 Gráfica 9: Curva potencia activa Vs. tiempo ............................................................. 96 Gráfica 10: Curva potencia reactiva inducida Vs. tiempo ......................................... 97 Gráfica 11: Curva potencia aparente V. tiempo ......................................................... 97 Gráfica 12: Curva factor de potencia Vs. tiempo ....................................................... 98

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LISTA DE FOTOGRAFÍAS pp. Fotografía 1: Protección principal del banco capacitivo ........................................... 141 Fotografía 2: Conexión del supervisor Circutor Computer....................................... 142 Fotografía 3: Transformador de corriente 700A ....................................................... 143 Fotografía 4: Banco Capacitor .................................................................................. 144 Fotografía 5: Vista de instalación del controlador automático de corrección de factor de potencia ................................................................................................................ 145 Fotografía 6: Vista del interruptor principal de cargas(sistema de extracción y ventilación ................................................................................................................. 146 Fotografía 7: Vista del motor Ventilador. ................................................................. 147

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LISTA DE FORMULAS pp. Fórmula 1, Potencia Activa ........................................................................................ 29 Fórmula 2, potencia activa total trifásica ................................................................... 29 Fórmula 3, potencia trifásica en circuitos equilibrados ............................................. 30 Fórmula 4 Voltaje de fase .......................................................................................... 30 Fórmula 5: Corriente de línea igual a corriente de fase en circuitos Y ...................... 30 Fórmula 6: Potencia activa en sistemas trifásicos desequilibrados ............................ 31 Fórmula 7: Potencia reactiva monofásica .................................................................. 31 Fórmula 8: Potencia reactiva en circuitos trifásicos equilibrados .............................. 31 Fórmula 9: Potencia reactiva en sistemas trifásicos desequilibrados......................... 32 Fórmula 10: Potencia aparente en sistemas trifásicos equilibrados ........................... 32 Fórmula 11: Potencia aparente total trifásica ............................................................. 33 Fórmula 12: Factor de potencia ................................................................................. 34 Fórmula 13: Sumatoria de potencias .......................................................................... 35 Fórmula 14: Angulo de fase ....................................................................................... 35 Fórmula 15: Factor de potencia ................................................................................. 36 Fórmula 16: Corriente en un elemento resistivo ........................................................ 38 Fórmula 17: Potencia activa en una carga resistiva ................................................... 39 Fórmula 18: Ajuste de sensibilidad .......................................................................... 107 Fórmula 19: Penalizaciones por bajo factor de potencia y bonificación ................. 123

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” EXTENSION CARACAS INGENEIERIA ELÉCTRICA DISEÑO DE UN SISTEMA DE POTENCIA REACTIVA, BASADO EN BANCO DE CONDENSADORES PARA MEJORAR EL FACTOR DE POTENCIA EN EL EDIFICIO PARQUE CRISTAL CARACAS. Línea de Investigación: diseño eléctrico, sistemas de potencia. Autor: Fernando Javier; León Conquista Tutor: Gregorio Chávez Asesor Metodológico: José Manuel Yánez Mes, Año: Diciembre 2015

RESUMEN En la siguiente investigación descrito a continuación, como requisito parcial para optar al título de Ingeniero en Ingeniería Eléctrica, se hará el estudio de la problemática existente en el edificio Parque Cristal, el cual presenta costos elevados por facturación de energía y bajo factor de potencia, el objetivo a desarrollar en esta investigación son: investigar los requerimientos necesarios para el diseño de un sistema de potencia reactiva, desarrollar el sistema eléctrico para mejorar el factor de potencia y analizar su funcionamiento, cuya base teórica consiste en los conceptos existentes sobre potencia eléctrica trifásica, la influencia que tiene el factor de potencia sobre el sistema, donde es un aspecto relevante los diseños efectivos para el control de armónicos en el sistema eléctrico. La metodología es de proyecto factible, ya que se resuelve un problema concreto existente en el edificio de Parque Cristal, al igual que en cualquier establecimiento o industria con apoyo de una investigación de campo y de tipo descriptiva. La línea de investigación utilizará el diseño eléctrico, sistema de potencia, donde la propuesta consiste en la implementación de un banco de condensadores y como resultado se obtiene la mejora del factor de potencia y reducción de costos por facturación eléctrica. Como conclusión, el T.E.G es viable, es factible y es construible

Descriptores: Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia, Factor de Potencia.

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INTRODUCCIÓN El desarrollo del siguiente Trabajo Especial de Grado para la opción del título de Ingeniero Eléctrico, esta primordialmente en la implementación de conocimientos adquiridos durante la carrera, en el cual el estudio, el análisis y la ejecución son parte de nuestro día a día. En los sistemas eléctricos, la existencia de cargas no lineales implica la aparición de corrientes y tensiones armónicas, las cargas en que se hará el estudio a continuación son pertenecientes al edificio de Parque Cristal; ubicado en la Avenida Francisco de Miranda, frente al Parque Generalísimo Francisco de Miranda Caracas; donde presenta un bajo factor de potencia incrementándose los costos por facturación eléctrica, por este lado surge la necesidad de la administración del edificio en diseñar e implementar un sistema de potencia reactiva, basada en banco de condensadores y así obtener un alto factor de potencia que a su vez se traducirán en ahorro de energía y reducción de costos. Todos los aparatos eléctricos que suministran energía ya sea en forma de luz, calor, sonido rotación, movimiento, etc. Consumen una gran cantidad de energía eléctrica equivalente a la entregada directamente de la fuente de electricidad a la cual están conectados. Esta energía se denomina Activa, la cual registran los medidores y es facturada al consumidor

por medio de la empresa de suministro eléctrico.

Algunos aparatos, debido a su principio de funcionamiento, toman de la fuente de electricidad una cantidad de energía mayor a la que registra el medidor; una parte de esta energía es la ya mencionada energía Activa, y la parte restante no es en realidad consumida sino entretenida entre el aparato y la red de electricidad, esta energía entretenida se le denomina Reactiva y no es registrada por los medidores del grupo tarifario. La energía total formada por la (Activa y Reactiva) que es tomada de la red eléctrica se denomina Aparente y es la que finalmente debe ser transportada hasta el punto de consumo. La energía que toman la mayoría de los aparatos de la fuente de corriente alterna, la convierten en corriente continua, esta conversión provoca un desfasamiento de la

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corriente y que pierda su forma senoidal originando un factor de potencia bajo. El hecho de transportar una energía mayor a la que realmente se consume, impone la necesidad de que los conductores, transformadores y demás dispositivos que participan en el suministro de energía sean más robustos, por lo tanto se eleva el costo de distribución. En la industria eléctrica el factor de potencia resulta ser el objeto de estudio de muchas investigaciones recientes. Como resultado de elevar la cantidad de energía en los sistemas de potencia, se han creado estándares que regula la presencia de armónicos en la corriente de línea para el consumo de energía.

Por esto la

importancia del estudio de las distintas formas en que existe la potencia eléctrica y como realizar una corrección del factor de potencia. A continuación dará una breve reseña de cada capítulo: Capítulo I, El Problema: En esta sección se dará a conocer el tema a discutir, donde se describe de manera amplia la situación objeto de estudio, ubicándola en un contexto que permita comprender su origen, relaciones e incógnitas por responder. Los objetivos expresan lo que se desea indagar y conocer para responder a un problema planteado, la delimitación del problema indica con precisión la interrogante formulada: el espacio, el tiempo o periodo que será considerado en la investigación. Capítulo II, Marco Referencial: En esta parte de la investigación se darán a conocer los antecedentes de la investigación, También se tienen las bases teóricas; que son el resultado de un conjunto actualizado de conceptos, principios, que sustentan la teoría principal del objeto de estudio. En el presente trabajo de investigación se explicara todo lo relacionado con potencia eléctrica, factor de potencia, corrección del factor de potencia. En esta sección se enunciaran las bases legales que son un conjunto de leyes, ordenanzas, reglamentos, decretos, documentos, que sustentan el tema de investigación. Tenemos el sistema de variables; aquí se

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definen las variables dependientes e independientes involucradas en el planteamiento del problema. Y por último la definición de términos. Capítulo III, Marco Metodológico: En esta sección se explica el tipo de metodología que va hacer usada en la investigación, el tipo de investigación, diseño, nivel de la investigación; en el presente trabajo de investigación se usara la metodología documental y de campo. También se dará a conocer la población y muestra; la cual está destinada a señalar a quien o que se va a estudiar, a delimitar la población o universo muestral, que en este caso la muestra será las mediciones eléctricas tomadas aguas arriba y el histórico de facturación eléctrica. Tenemos la técnica y recolección de datos; en esta se hace referencia al proceso que se seguirá para la búsqueda de la información y de los instrumentos que se utilizaran para tal fin. Se explicaran detalladamente los procedimientos de la investigación; entre los cuales se tiene; el diagnostico, la justificación, el diseño y la simulación. Capítulo IV, Resultados: por último se expondrá los resultados obtenidos a lo largo de la investigación, pruebas realizadas al dispositivo, donde se detallan las Fases: de Diagnósticos, Alternativas de soluciones, propuesta, utilizadas tantos en el desarrollo del dispositivo como su elaboración física. Conclusiones y Recomendaciones, último capítulo que contiene el trabajo especial de Grado realizado en el décimo semestre de la carrera Ingeniería Eléctrica del Instituto Universitario Santiago Mariño, el cual consiste en exponer las conclusiones que llevo a cabo esta investigación, así como también expone algunas recomendaciones realizadas por el autor. Por último la referencia bibliográfica, los anexos y la síntesis curricular del autor.

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CAPITULO I EL PROBLEMA Contextualización del Problema Fernández (1998), Define el problema como: “la interrogante que se formula o se plantea el investigador ante una realidad desconocida o ante un hallazgo de un defecto, laguna o incoherencia del conocimiento tomando este último en su significado de contenido de modelos conceptuales...” (p. 63).

Actualmente,

Venezuela presenta una serie de problemas energéticos en cuanto a la generación de electricidad y demanda en los últimos años, donde se están presentando ciertos racionamientos eléctricos en la ciudad de Caracas, la cual gozaba de un buen suministro y calidad de energía. En la actualidad, el edificio de Parque Cristal cuenta con su propia administración, la cual presenta inquietudes por la necesidad de mejorar su calidad en el consumo eléctrico en las diversas áreas tales como: Iluminación, ascensores, chiller, extractores ventiladores y servicios preferenciales, donde la polución de armónicos, y la alta cantidad de potencia reactiva, requiere de un estudio de ingeniería, que se encargue de realizar inspecciones mediciones y estudio para mejorar el factor de potencia realizando el diseño de un sistema de potencia reactiva que mejore la calidad de energía.

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Por esto se plantea la siguiente interrogante: 1. ¿Cómo será el diseño del banco de condensadores que regulen el factor de potencia? 2. ¿Cuáles serán los implementos necesarios para la medición de parámetros eléctricos y medición de armónicos existentes en el sistema de potencia de Parque Cristal? 3. ¿Cuál será la solución de la corrección del factor de potencia si se implementa banco de condensadores? 4. ¿Cuál será la capacidad del banco de condensadores a instalar? 5. ¿Cómo determinar la construcción del sistema de potencia reactiva, basado en banco de condensadores? 6. ¿Cuáles serán las pruebas en el sistema de potencia reactiva, basada en banco de condensadores para la mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Crista? 7. ¿Cuál será el beneficio económico que ofrece la instalación del sistema de potencia reactivo basado en el banco de condensadores? 8. ¿Cómo será el manual de procedimiento para el mantenimiento del sistema de potencia reactiva, basada en el banco de condensadores?

Objetivos de la investigación

Objetivo General Diseñar un sistema de potencia reactiva, basado en banco de condensadores para la mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Cristal, Caracas

Objetivos E specíficos

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1. Describir el diseño de banco de condensadores para la mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Cristal. 2. Establecer los implementos para la medición de parámetros eléctricos, factor de potencia y medición de armónicos existentes en el sistema de potencia de Parque Cristal. 3. Indicar la solución de corrección del factor de potencia por medio de banco de condensadores. 4. Determinar la capacidad del banco de condensadores a instalar. 5. Esbozar la construcción del sistema de potencia reactiva, basada en banco de condensadores. 6. Instalar el sistema de potencia reactiva, basada en banco de condensadores. 7. Analizar el beneficio económico luego de implementar el sistema de potencia reactiva, basado en banco de condensadores. 8. Elaborar un manual de usuario del sistema de potencia reactiva, basada en banco de condensadores para la mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Cristal. 9. Realizar pruebas del sistema de potencia reactiva, basada en banco de condensadores para la mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Cristal.

Justificación de la Investigación El diseño de un sistema de potencia reactiva, basada en un banco de condensadores para mejorar el factor de potencia en el edificio de Parque Cristal justifica el beneficio que es de carácter tecnológico y económico, la eficiencia de un banco de condensadores y la corrección del factor de potencia requiere de técnicas de ingeniería que den solución a la problemática pertinente en el edificio, dando una solución operativa totalmente factible. Para brindar la solución más cercana a la realidad, se complementara el trabajo de grado con la investigación de las zonas que presentan costos elevados de facturación, determinando que estas tengan bajo factor de potencia, donde el banco de

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condensadores tomara el control de flujo de armónicos aguas arriba y hacia la red contribuyendo con el ahorro energético implantado por la Corporación Eléctrica Nacional, CORPOELEC. La resolución N°75 tiene como objetivo promover las mejoras del factor de potencia a los usuarios industriales, con cargas superiores a los 200KVA, donde explica que los usuarios que no mantengan el factor de potencia en 0,9 estarán sujetos a penalizaciones y recargos en sus facturas mensuales. En otras palabras, esto también es parte de los beneficios económicos por lo que no solo se evitaran recargos en la facturación sino que también se reducirá el costo por el servicio de energía. Por otro lado, en cuanto a los beneficios energéticos se reducirán las caídas de tensión y se mejorara la transferencia de potencia evitando así todos los efectos negativos que conlleva las pérdidas en dicho sistema, contribuyendo también con el ahorro energético. El desarrollo de este sistema con el Trabajo Especial de Grado contribuye como bases para otras investigaciones futuras en el área de potencia eléctrica y mejor calidad de energía. Porque este Trabajo Especial de Grado es un requisito para optar al título de ingeniero eléctrico en el Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño.

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CAPITULO II MARCO REFERENCIAL Reseña Histórica del Problema Tamayo y Tamayo (1998). Define la Reseña Histórica como: “Una breve relación

cronológica de hechos importantes a lo largo del tiempo, vinculado directamente con el objeto de investigación...” Desde una perspectiva histórica la introducción de los

conceptos de potencia y factor de potencia puede remontarse hasta la industria eléctrica. A lo largo de la historia la empresa de suministro de energía eléctrica penaliza a aquellos altos consumidores de energía, el caso de Parque Cristal no es un caso de excepción, la reseña histórica de este problema remonta a inicios del año 2009 donde se ve el parque eléctrico venezolano en crisis, obligándose este a importantes razonamientos eléctricos y obligando a aquellas empresas y establecimientos donde el consumo es elevado, reducirlo para contribuir a al ahorro y bajar la demanda de consumo eléctrico. Parque Cristal posee entre cargas eléctricas ascensores, escaleras mecánicas, iluminación fluorescente, sistemas de extractores, etc. equipos de vieja tecnología que no contribuye al ahorro de energía desde el año 2011 se han realizado cambios importantes entre ellos la modernización de ascensores, sin embargo se produce bajo factor de potencia debido a que la carga es cien por ciento inductiva provocando aun un incremento en la facturación del servicio eléctrico y penalizaciones por no contribuir en gran medida al ahorro energético.

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Antecedentes de la Investigación Sabino (1998). Define los antecedentes como: “El conjunto de hechos, sucesos, y acontecimientos ocurridos anteriormente a la

formulación del problema sirve para aclarar, juzgar e interpretar la situación que investigamos...” (p. 46)

López (2011), Corrección del factor de potencia y diseño de instalación optima de banco de condensadores bajo el efecto de distorsión armónica en la industria de producción de cloro, para optar al título de Ingeniero Electricista, Universidad de San Carlos de Guatemala, Escuela de Ingeniería Mecánica Eléctrica, Guatemala. Una instalación industrial debe tener un factor de potencia adecuado debido a que, de esta manera, se evita que los equipos tengan baja eficiencia energética y al mismo tiempo puedan disminuir los costos de energía eléctrica. Hoy en día tanto las empresas que prestan el servicio de venta de energía como los consumidores deben contribuir a que se tenga una buena calidad de energía y esto se logra corrigiendo el factor de potencia.

Otro aspecto es la polución de las armónicas dentro del sistema de

distribución, ya que esto provoca distorsión del factor de potencia. Las armónicas se introducen al sistema de distribución debido al uso no excesivo de cargas no lineales. El objetivo principal de este trabajo es proporcionar métodos de análisis para poder verificar el factor de potencia de una instalación, al mismo tiempo, poder determinar el nivel de distorsión armónica y sus efectos. El factor de potencia se debe determinar para verificar si se encuentra dentro de los rangos permitidos por las normas emitidas por la comisión nacional de energía eléctrica. De no darse este caso se procederá a plantear un cálculo aproximado las penalizaciones económicas que existen por tener un bajo factor de potencia. También se proponen métodos para eliminar las armónicas.

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Resulta practico y económico en la industria mejorar el factor de potencia, por medio de la instalación de condensadores eléctricos estáticos, o bien, por medio de banco de condensadores automáticos. Aporte: La determinación del valor del capacitor, donde es necesario tener en cuenta los siguientes elementos: Facturas de electricidad antes de instalar el banco de condensadores, facturas provisionales de electricidad después de instalar el banco de capacitores, gastos relativos a la compra del banco de condensadores y su instalación, método simplificado para el cálculo de la potencia del equipo en compensación. Gómez (2009) , Compensación de Potencia Reactiva, para optar al título de Ingeniero Electricista, Instituto Politécnico Nacional; Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidad Profesional Adolfo López Mateos, departamento de Ingeniería Eléctrica, México. En el presente trabajo se realizó la compensación de potencia reactiva en una industria mostrando los beneficios obtenidos al llevar a cabo la compensación de potencia reactiva por medio de bancos de capacitores, demostrando que al corregir el factor de potencia se logra alcanzar un ahorro mensual del 9% en las facturas eléctricas una vez que se corrigió el factor de potencia, esto sumado a los beneficios obtenidos por la disminución de pérdidas en los alimentadores, reducción del calibre de conductores y la liberación de capacidad en los transformadores en un 20% , los cuales se presentan en la simulación realizada en el Power World Simulator 13 para analizar los flujos de carga, justificando con ello el empleo de bancos de capacitores en un sistema industrial. Para la realización de este trabajo se consultó la norma mexicana NMX-J-203/1ANCE, esta norma indica las especificaciones técnicas y lineamientos que se deben cumplir para la utilización de bancos de capacitores en baja y media tensión, así como

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las consideraciones tomadas del manual de compensación de potencia reactiva elaborado por el grupo Schneider Electric. También se consideró el uso de las facturas eléctricas del Grupo Industrial S.A. de C.V. de la guía de aplicación de tarifas eléctrica de la compañía de Luz y Fuerza del Centro, así como las tarifas actuales de esta misma compañía. Los métodos para efectuar el cálculo del factor de potencia obtenidos en la metodología que aquí se presenta donde estas pueden variar dependiendo de los datos que se tengan, uno de estos métodos que se presentan es por el método de tablas, con equipos de medición de energía y por medio de la tarifa eléctrica principalmente, esto con la finalidad de dar más herramientas para el cálculo de compensación de potencia reactiva y cálculo del factor de potencia. En este trabajo se llega a la conclusión que el método de compensación individual es el más efectivo dado que se reducen tanto las pérdidas por efecto Joule en las líneas como la reducción de las capacidades de los transformadores, pero también es el más costoso ya que se tiene que conectar un banco por cada carga que se tenga conectado en el sistema, mientras que en los otros casos se puede tener un banco por un grupo determinado de cargas o un banco que realice la compensación de todo el sistema, minimizando con ello los costos por compra de capacitores. Sin embargo la metodología que se desarrolla en este trabajo, tiene las limitantes de que no se realiza un estudio a fondo del comportamiento del sistema, puesto que se debe contemplar parámetros como la distribución de las cargas, la configuración del circuito y la regulación de tensión, para efectuar una compensación de potencia reactiva adecuada, sin embargo es una gran herramienta para poder analizar y contemplar los beneficios y los puntos a considerar para la aplicación de bancos de capacitores si se requiere compensar potencia reactiva a un sistema industrial.

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Aporte: coexistencia que tienen las cargas resistivas, inductivas y capacitivas sobre el circuito eléctrico. Compensación reactiva mediante el banco de capacitores, donde este método se utiliza en la actualidad en la mayoría de las instalaciones industriales ya que es el más económico. Llumiquinga Loya, (2012), Diseño de un banco de condensadores para la corrección del factor de potencia de la empresa banchisfoof, s.a, para optar al título de Ingeniero Electricista, Universidad Politécnica Salesiana, Escuela de Ingeniería Eléctrica Kennedy, Quito, Ecuador. En el presente proyecto de un banco de condensadores para la corrección del factor de potencia eléctrica de la BANCHISFOOD SA Compañía está diseñado a través de un análisis técnico y económico; y se realiza la selección del tipo de banco para ser utilizado de acuerdo a las características eléctricas de la empresa. Los conceptos básicos de los principales parámetros eléctricos: potencia activa, potencia reactiva, factor de potencia; que sirven para entender mejor las ventajas que se obtienen al realizar la corrección del factor de potencia, se muestran. También se determinan los beneficios técnicos y económicos de tener un factor de potencia eléctrica mayor que 0,92. Se obtienen los datos eléctricos de las partes y las áreas que componen la empresa, a través del analizador de carga; Además, se analizan las facturas de electricidad y se utilizan para el diseño económico y técnico del banco condensadores. La recogida de datos de carga del sistema eléctrico también se realiza, y los diagramas eléctricos de la planta se llevan a cabo y se utilizan para determinar la ubicación estratégica del banco de condensadores. El siguiente trabajo de investigación aporta lo referente a beneficios económicos y recuperación de inversión sobre el diseño del sistema de potencia reactivo basado en

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banco de condensadores para mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Cristal.

Bases Teóricas Fidias G. Arias (2006) indica en esta parte del proyecto un desarrollo amplio de los conceptos que conforman el punto de vista o enfoque dotado para sustentar o explicar el problema planteado (p107). Con respecto al diseño del sistema de potencia reactiva, basada en un banco de condensadores para mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Cristal, es importante conocer y resaltar los conceptos básicos de potencia eléctrica en corriente alterna, comportamiento, tipo de cargas factor de potencia.

Potencia La potencia es la capacidad de producir o demandar energía de una máquina eléctrica, equipo o instalación por unidad de tiempo. En todo circuito eléctrico, para el funcionamiento de los diferentes equipos y máquinas se encuentran presentes las siguientes potencias.

Potencia Activa Monofásica Es la potencia que representa la capacidad de un circuito para realizar un proceso de transformación de la energía eléctrica en trabajo. Los diferentes dispositivos eléctricos existentes convierten la energía eléctrica en otras formas de energía tales como: mecánica, lumínica, térmica, química, etc. Esta potencia es, por lo tanto, la realmente consumida por los circuitos. Cuando se habla de demanda eléctrica, es esta potencia la que se utiliza para determinar dicha demanda. Se designa con la letra P y

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se mide en vatios (W). De acuerdo con P V * I *cos , la ley de Ohm (V=I*R) y el triángulo de impedancias se tiene:

∅   × ×∅   × × ×∅    ×  Fórmula 1, Potencia Activa Fuente: Joseph A Edminister circuitos eléctricos página 71

Dónde: P: Potencia activa en Watt (W) V: Voltaje en voltios (V) I: Corriente en Amperes (A) Z: Impedancia de la línea en ohmios (Ω)

   ×∅ Resultado que indica que la potencia activa es debido a los elementos resistivos.

Potencia Activa en Sistemas Trifásicos Equilibrados Es la suma de las potencias activas de los sistemas monofásicos que lo componen, al ser el sistema equilibrado, la potencia activa será el triple de la de una fase.

∅  3 × ∅∅ × ∅ Fórmula 2, potencia activa total trifásica Fuente: Muhammad H. Rashid. Electrónica de potencia circuitos trifásicos página 838

Dónde: ∅: Corriente de cada una de las fases en amperes (A)

 ∅: Voltaje de cada una de las fases en voltios (V) P: Potencia Activa en Watt (W) Cosφ: Factor de Potencia del sistema

La potencia activa en función de los valores de tensiones y corrientes de línea:

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∅  √ 3 ×  × ∅ Fórmula 3, potencia trifásica en circuitos equilibrados Fuente: Muhammad H. Rashid. Electrónica de potencia circuitos trifásicos página 838

Dónde:

: Voltaje de línea a línea en voltios (V) : Corriente de línea en amperios (A) P: Potencia Activa en Watt (W) Cosφ: Factor de Potencia del sistema

Potencia activa en función de los valores de tensiones y corrientes de línea: “Estrella” o “Y”

∅  √ 3

Fórmula 4 Voltaje de fase Fuente: John J. Grainger. Análisis de sistemas de potencia página 22

∅   Fórmula 5: Corriente de línea igual a corriente de fase en circuitos Y Fuente: John J. Grainger. Análisis de sistemas de potencia página 22

Dónde:

:: Voltaje de línea a línea en voltios (V) : Corriente de línea en amperios (A) ∅: Corriente de cada una de las fases en amperes (A) ∅: Voltaje de cada una de las fases en voltios (V) Potencia Activa en Sistemas Trifásicos Desequilibrados

   ×  ×∅ +  ×  ×∅ +  ×  ×∅ ∅  −   −  ∅  −   −  30

∅  −   − 

Fórmula 6: Potencia activa en sistemas trifásicos desequilibrados Fuente: John J. Grainger. Análisis de sistemas de potencia página 22

Potencia Reactiva Monofásica Esta potencia no tiene tampoco el carácter de realmente consumida y sólo aparecerá cuando existan bobinas o condensadores en los circuitos. La potencia reactiva tiene un valor medio nulo, por lo que no produce trabajo útil, se mide en voltamperios reactivos (VAR) y se designa con la letra Q. A partir de su expresión

   × ×∅   × × ×∅   ×  Fórmula 7: Potencia reactiva monofásica Fuente: John J. Grainger. Análisis de sistemas de potencia página 22

Dónde: Q: potencia reactiva en voltamperios reactivos (VAR) V: voltaje en voltios (V) I: Corriente en Amperes (A) X: Reactancia de la línea en ohmios (Ω)

Lo que nos reafirma que esta potencia es debida únicamente a los elementos reactivos.

Potencia Reactiva en Sistemas Trifásicos Equilibrados

  3× ∅ × ∅ × ∅ Fórmula 8: Potencia reactiva en circuitos trifásicos equilibrados Fuente: John J. Grainger. Análisis de sistemas de potencia página 22

Dónde:

∅: es la corriente de cada una de las fases en amperes (A) ∅: es el voltaje de cada una de las fases en voltios (V) 31

: Potencia reactiva en voltamperios reactivos (VAR) ∅: Factor de potencia reactivo. Potencia Reactiva en Sistemas Trifásicos Desequilibrados

   ×  × ∅ +  ×  × ∅ +  ×  × ∅ ∅  −   −  ∅  −   −  ∅  −   −  Fórmula 9: Potencia reactiva en sistemas trifásicos desequilibrados Fuente: John J. Grainger. Análisis de sistemas de potencia página 22

Potencia Aparente Monofásica La potencia aparente de un circuito eléctrico de corriente alterna, es la suma de la energía que disipa dicho circuito en cierto tiempo en forma de calor o trabajo y la energía utilizada para la formación de los campos eléctricos y magnéticos de sus componentes. Esta potencia no es la realmente consumida, salvo cuando el factor de potencia es la unidad (Cosφ=1), y nos señala que la red de alimentación de un circuito no sólo ha de satisfacer la energía consumida por los elementos resistivos, sino que también ha de contarse con la que van a suministrar a bobinas y condensadores. Se la designa con la letra S y se mide en voltamperios (VA).

Potencia Aparente en Sistemas Trifásicos Equilibrados

||    +    3× V∅ × I∅ × cos∅ + 3×V∅ × I∅ × sen∅ Fórmula 10: Potencia aparente en sistemas trifásicos equilibrados Fuente: John J. Grainger. Análisis de sistemas de potencia página 22

32

Dónde:

∅: es la corriente de cada una de las fases en amperes (A) ∅: es el voltaje de cada una de las fases en voltios (V) : Potencia aparente en voltamperios (VA) La potencia aparente en función de los valores de tensiones y corrientes de líneas:

  √ 3 ×  × 

Fórmula 11: Potencia aparente total trifásica Fuente: John J. Grainger. Análisis de sistemas de potencia página 22

Triángulo de Potencias El llamado triángulo de potencias es la mejor forma de observar y comprender de forma gráfica qué es el factor de potencia ó (Cosφ) y su estrecha relación con los restantes tipos de potencia presentes en un circuito eléctrico de corriente alterna, además de observar la interacción de una potencia con respecto a las otras dos ya que al modificar una potencia repercutiría en la modificación de las otras dos potencias. Las expresiones de las potencias activa, aparente y reactiva se pueden representar geométricamente mediante los lados de un triángulo que se llama triángulo de potencias.

Figura 1: Triangulo de potencias Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Factor_de_potencia

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Triángulo de Potencias en Sistemas Trifásicos Equilibrados

Figura 2, Triangulo de potencias en sistemas trifásicos equilibrados Fuente: Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Factor_de_potencia

       ;  3 × ∅     ;  3 ×∅ ||  ||  ||   (  + )  3  +   3× ∅ Fórmula 12: Factor de potencia Fuente: Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Factor_de_potencia

Dónde: Potencia activa (P) Potencia reactiva (Q) Potencia aparente (S) (total)

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Triángulo de Potencias en Sistemas Trifásicos Desequilibrados

Figura 3: Triangulo de potencias en sistemas trifásicos desequilibrados Fuente: Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Factor_de_potencia

 +  +     +  +     +  +        +  Fórmula 13: Sumatoria de potencias Fuente: Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Factor_de_potencia

∅  −  ∅ ≠ ∅ ≠ ∅ ≠ ∅ Fórmula 14: Angulo de fase Fuente: Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Factor_de_potencia

Dónde:  : Factor de potencia de la fase 1  : Factor de potencia de la fase 2  : Factor de potencia de la fase 3

Potencia activa en cada una de las fases (P1, P2, P3) en watt (W)

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Potencia reactiva en cada una de las fases (Q1, Q2, Q3) en voltamperios reactivos (VAR) Potencia aparente en cada una de las fases (S1, S2, S3) en voltamperios (VA) P T: Potencia activa total en vatios (W) QT : Potencia reactiva total en voltamperios reactivos (VAR) S T: Potencia aparente total en voltamperios (VA)

Factor de Potencia: Se denomina factor de potencia al cociente entre la potencia activa y la potencia aparente, que es coincidente con el coseno del ángulo entre la tensión y la corriente cuando la forma de onda es sinusoidal pura, o sea que, el factor de potencia debe tratar de coincidir con el coseno φ pero no es lo mismo.

  

Fórmula 15: Factor de potencia Fuente: Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Factor_de_potencia

Tipos de Cargas Una carga es un elemento que consume energía eléctrica, en general existen dos tipos de cargas dentro de los sistemas eléctricos: Cargas lineales y las Cargas no lineales. Una carga es lineal cuando la tensión aplicada a sus extremos y la corriente

que pasan por ella están estrechamente relacionadas. Por el contrario, se dice que una carga es no lineal cuando la relación tensión/corriente no es constante.

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Figura 4: tipos de cargas Fuente: Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Tipos_de_carga

Las cargas no lineales conectadas a la red de corriente alterna absorben corrientes que no son senoidales.

Figura 5: forma de onda de la corriente para carga lineal y no lineal Fuente: Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Tipos_de_carga

A continuación se citan algunas cargas típicas no lineales: 

Equipos electrónicos, en general monofásicos, que internamente trabajan con corriente continua (ordenadores, impresora, autómatas programables, etc.).



Instalaciones de iluminación con lámparas fluorescentes.

37



Transformadores, reactancias con núcleos de hierro, etc., cuya curva de magnetización es no lineal.

Relación del factor de potencia y tipos de cargas en los circuitos eléctricos En términos generales pueden distinguirse tres tipos de cargas eléctricas al conectar un equipo a una red, por la cual, circula corriente eléctrica expresada en amperes (A) y tensión expresado en volts (V).

Cargas Resistivas. Tales cargas son referidas como si tuvieran una resistencia eléctrica designada con la letra R y expresada en Ohm (Ω). Las cargas resistivas pueden encontrarse en

equipos como lámparas incandescentes, planchas y estufas eléctricas, en donde la energía que requieren para funcionar es transformada en energía lumínica o energía calorífica, en cuyo caso el factor de potencia toma el valor de 1.0. En un circuito puramente resistivo, la corriente está en fase con la tensión y es función inmediata de la tensión. Por lo tanto, si la tensión y la corriente están en fase, tenemos que:

  

Fórmula 16: Corriente en un elemento resistivo Fuente: John J. Grainger. Análisis de sistemas de potencia página 22

En donde: I = Corriente eléctrica (A). V = Tensión eléctrica (V). R = Resistencia eléctrica (Ω).

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Gráfica 1: Diagrama fasorial de un circuito resistivo. Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Factor_de_potencia

La resistencia eléctrica absorbe potencia en Watts igual a:

      ×    × 



Fórmula 17: Potencia activa en una carga resistiva Fuente: Joseph A Edminister circuitos eléctricos página 71

En donde: P = Potencia activa (W). Las cargas de tipo resistivo que se encuentras más comúnmente en los sistemas eléctricos ya sea residencial, industrial o comercial son los siguientes: 

Hornos eléctricos.



Calefactores.



Planchas.



Alumbrado incandescente. En la gráfica 2, se muestran las ondas senoidales de tensión y corriente eléctrica en

función del tiempo y el desfasamiento que existe entre ellas, la cual es igual a cero, es decir, se encuentran en fase.

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Gráfica 2: Onda de tensión y corriente en fase. Fuente: Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Factor_de_potencia

Cargas Inductivas. Las cargas inductivas son encontradas en cualquier lugar donde haya bobinados involucrados, por ejemplo en los equipos del tipo electromecánicos como los motores, balastros, transformadores, entre otros; además de consumir potencia activa, requieren potencia reactiva para su propio funcionamiento, por lo cual trabajan con un factor de potencia menor a 1.0. Considerándose por lo tanto que las cargas inductivas, sean el origen del bajo factor de potencia (menores a 0.9). En un circuito puramente inductivo la corriente no está en fase con la tensión ya que va atrasada 90° con respecto a la tensión. En la siguiente figura, se presenta el diagrama fasorial correspondiente a las cargas inductivas.

Gráfica 3: Figura. Diagrama fasorial de un circuito inductivo. Fuente: Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/diagrama_fasorial

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Algunos equipos de cargas del tipo inductivo son los siguientes: 

Transformadores.



Motores de inducción.



Alumbrado fluorescente.



Máquinas soldadoras. En la siguiente figura, se muestran las ondas senoidales de tensión y corriente

eléctrica en función del tiempo y el desfasamiento de 90° de la corriente con respecto a la tensión.

Gráfica 4: Onda de corriente atrasada 90 º con respecto a la tensión . Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/cargas _inductivas

Cargas Capacitivas. Las cargas capacitivas se presentan en los capacitores y se caracterizan porque la corriente se haya adelantada respecto de la tensión 90°. En la siguiente Figura, se presenta el diagrama fasorial correspondiente a las cargas capacitivas.

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Gráfica 5: Diagrama fasorial de un circuito capacitivo. Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/cargas _capacitivas

Las cargas de tipo capacitivo son: 

Bancos de capacitores.



Motores síncronos. En un circuito puramente capacitivo, no existe consumo de energía aún si hay

corriente circulando. Las cargas capacitivas generan potencia reactiva expresada en volts ampers reactivos (VAr). En la siguiente figura, se muestran las ondas senoidales de tensión y corriente eléctrica en función del tiempo, para este caso la corriente se adelanta 90° con respecto a la tensión.

Gráfica 6: Onda de corriente adelantada 90 º con respecto a la tensión. Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/cargas _capacitivas

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Cargas Combinadas. En la práctica una carga no está constituida solamente por cargas resistivas, inductivas o capacitivas, ya que estas tres cargas con frecuencia coexisten en los circuitos eléctricos. Sin embargo para el caso de una industria la carga mas predominante es la carga inductiva, de ahí que sea el factor por el cual se realiza este trabajo. Las diversas cargas son usualmente abastecidas directamente de la red principal de suministro eléctrico, sin embargo el suministro de potencia reactiva puede ser suministrado por equipos conectados en un punto de la red eléctrica, normalmente se utiliza para ello los bancos de capacitores que son fuentes suministradoras de potencia reactiva.

Compensación de Potencia Reactiva En la operación de los sistemas eléctricos de potencia se presentan, de vez en cuando, situaciones tales como una demanda anormal de reactivos, esto es, que dicha demanda sobrepasa la aportación que de ellos hacen algunos elementos de la red, obligando a los generadores a bajar su factor de potencia para suministrar los reactivos complementarios. El objetivo de la compensación reactiva es que la potencia aparente sea lo más parecida posible a la potencia activa. El costo de generar, transmitir y transformar los reactivos, en el camino a su consumo, invita a realizar algunas consideraciones con respecto a los elementos que consumen estos reactivos, imponiendo la necesidad de localizar, operar y proyectar los equipos compensadores, de tal forma que estos no alteren el funcionamiento normal del sistema al cual se conecta. Los mecanismos de compensación más empleados son:

Compensación de Potencia Reactiva Mediante Máquinas Sincrónicas. Las máquinas sincrónicas pueden funcionar como portadores de potencia reactiva funcionando en vacío, siendo en este caso conocidos como capacitores sincrónicos. La generación de potencia reactiva depende de la excitación, necesitando ser

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sobreexcitados para poder satisfacer sus propias necesidades de energía reactiva y entregar a su vez energía reactiva al sistema, es decir un motor síncrono diseñado para trabajar en vacío y con un amplio rango de regulación, estas máquinas síncronas son susceptibles de trabajar con potencia reactiva inductiva o capacitiva según el grado de excitación del campo. Si están sobre excitadas se comportan como condensadores. Por el contrario si están sub-excitadas se comportan como inductancias. La potencia de un condensador sincrónico en condiciones de sobre-excitación está limitada por la temperatura, en condiciones de sub-excitación, la potencia queda limitada por la estabilidad de la máquina. Este tipo de compensación no es muy utilizada, se utiliza sólo en el caso de que existan en la instalación motores sincrónicos de gran potencia (mayores a 200 HP) que funcionan por largos períodos de tiempo.

Compensación de Potencia Reactiva Mediante cev’s. Un compensador estático de VAr (CEV´S), se emplea para compensar potencia reactiva usando un control de la magnitud de tensión en un bus particular de un sistema eléctrico de potencia. Estos dispositivos comprenden el banco de capacitores fijo o conmutado (controlado) o un banco fijo y un banco de reactores conmutados en paralelo, se emplean principalmente en alta tensión debido a la conmutación para controlar la compensación.

Compensación de Potencia Reactiva Mediante Bancos de Capacitores Este método es el que se utiliza en la actualidad en la mayoría de las instalaciones industriales dado que es más económico y permite una mayor flexibilidad. Se pueden fabricar en configuraciones distintas. Sin embargo son muy sensibles a las armónicas presentes en la red, los bancos de capacitores elevan el factor de potencia, con lo cual aumenta la potencia transmitida por la línea porque no necesita conducir la potencia reactiva.

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Partes principales de un capacitor de potencia Las partes principales de un capacitor de potencia, son las que se mencionan a continuación:

Caja o carcaza: Esta caja o carcaza tiene la función de contener la parte activa del capacitor, está construida de placa de acero con un espesor adecuado al volumen del capacitor, la caja contiene las siguientes partes: a.

Placa de características. En esta placa deben estar contenidos todos los datos

característicos para la identificación del capacitor, como son: su potencia nominal en kVAr, la tensión nominal de operación, su capacitancia, la frecuencia a que opera, su peso o masa, el nivel básico de aislamiento, la fecha de fabricación, etc. b.

Los aisladores. Corresponden a las terminales externas de las unidades

capacitivas. c.

Ganchos en ojales para levantamiento. Son usados para levantar la unidad

capacitiva d.

Soportes para fijación. Se utilizan para fijar la unidad capacitiva en su

estructura de montaje.

Armadura: Está constituida por hojas de aluminio enrolladas con el dieléctrico, como se muestra en la figura 17, con espesores comprendidos entre 3 y 6 mm y patrón de pureza de alta calidad, con el objetivo de mantener en bajos niveles las pérdidas dieléctricas y las capacitancias nominales del proyecto.

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Figura 6: Ilustración de una armadura de capacitor . http://es.wikipedia.org/wiki/capacitor tor Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/capaci

Dieléctrico: Actualmente existen dos tipos básicos de capacitores en cuanto a su medio dieléctrico: a. Capacitores del tipo autoregenerable. Son aquellos cuyo dieléctrico está formado por una fina capa de película de polipropileno esencial, asociada muchas veces, una capa de papel dieléctrico (papel Kraft) con alrededor de 18mm de espesor. Es necesario que los componentes dieléctricos estén constituidos de material seleccionado y de alta calidad, para no influenciar negativamente las pérdidas dieléctricas. b. Capacitores de tipo impregnado. Están constituidos por una sustancia impregnante que se trata a continuación:

Líquido de impregnación. Los fabricantes de capacitores usan normalmente una sustancia biodegradable con una estructura molecular constituida por carbono e hidrógeno (hidrocarbonato aromático sintético) que no es agresivo con el medio ambiente.

Resistor de descarga. Cuando se retira la tensión de las terminales de un capacitor, la carga eléctrica almacenada necesita ser dañada para que la tensión resultante sea eliminada, evitándose de esta manera situaciones peligrosas de contacto con las referidas terminales.

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Para que esto sea posible, se inserta entre las terminales un resistor, con la finalidad de transformar en pérdidas Joule la energía almacenada en el dieléctrico, reduciendo a 75V el nivel de tensión en un tiempo menor a 10 minutos para capacitores en media tensión; y menor que 3 minutos para capacitores de baja tensión. Este dispositivo de descarga se puede instalar en forma interna o externa al capacitor, siendo más común la primera solución, como se muestra en la figura

Figura 7: Arreglo de una unidad capacitiva y detalles del capacitor interno. http://es.wikipedia.org/wiki/banco_de_capacitores tores Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/banco_de_capaci

Corrección del Factor de Potencia En las aplicaciones industriales se suele trabajar con cargas inductivas, por lo que la intensidad retrasa con respecto de la tensión aplicada. La potencia activa entregada a la carga es una medida de trabajo útil por unidad de tiempo que puede realizar la carga. Esta potencia se transmite, normalmente, a través de líneas líneas y transformadores. Como un transformador trabaja, en general, a tensión constante, la potencia aparente da idea de la intensidad intensidad máxima permitida. Teóricamente, si se conectase conectase una carga inductiva o capacitiva pura, el transformador podría estar trabajando a plena carga, mientras que la potencia activa (media) suministrada s uministrada es cero.

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En el triángulo de potencias, la hipotenusa S es una medida de la carga del sistema de distribución, y el cateto P, es decir, que el ángulo ɵ sea muy pequeño. Como el factor de potencia es F.P=cosɵ, valdría valdría aproximadamente la unidad. En el caso normal de una carga inductiva es posible corregir el factor de potencia mediante condensadores en paralelo con la carga. Si bien la tensión en la carga es la misma, con lo que la potencia útil P tampoco varia. Al aumentar el factor de potencia la intensidad y la potencia disminuyen y, por tanto, se consigue una utilización más eficiente de la potencia en el sistema o red de distribución.

Bases legales En las Bases Legales, tal como se establece, se incluyen todas las referencias legales que soportan el tema o problema de investigación. Para ello, se pueden consultar: (a) La constitución Nacional; (b) las Leyes Orgánicas; (c) las Gacetas Gubernamentales; entre otras publicaciones apropiadas. Las bases legales contenidas para el diseño de un sistema de potencia reactiva basada en banco de condensadores para la mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Cristal aplican única y exclusivamente a la República Bolivariana de Venezuela, lo cual lo protege a través de su ordenamiento jurídico vigente, ya que es en este país donde se desarrolló el estudio CONSTITUCIÓN DE LA REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA Capítulo VI De los Derechos Culturales y Educativos

Artículo 98. La creación cultural es libre. Esta libertad comprende el derecho a la inversión, producción y divulgación de la obra creativa, científica, tecnológica y humanística, incluyendo la protección legal de los derechos del autor o de la autora

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sobre sus obras. El Estado reconocerá y protegerá la propiedad intelectual sobre las obras científicas, literarias y artísticas, invenciones, innovaciones, denominaciones, patentes, marcas y lemas de acuerdo con las condiciones y excepciones que establezcan la ley y los tratados internacionales suscritos y ratificados por la República en esta materia.

Artículo 109. El Estado reconocerá la autonomía universitaria como principio y jerarquía que permite a los profesores, profesoras, estudiantes, egresados y egresadas de su comunidad dedicarse a la búsqueda del conocimiento a través de la investigación científica, humanística y tecnológica, para beneficio espiritual y material de la Nación. Las universidades autónomas se darán sus normas de gobierno, funcionamiento y la administración eficiente de su patrimonio bajo el control y vigilancia que a tales efectos establezca la ley. Se consagra la autonomía universitaria para planificar, organizar, elaborar y actualizar los programas de investigación, docencia y extensión. Se establece la inviolabilidad del recinto universitario. Las universidades nacionales experimentales alcanzarán su autonomía de conformidad con la ley. El Artículo 98De la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela declara que la creación de obras creativa, científica, tecnológica y humanística son de protección legal de los derechos del autor, por lo tanto aquel investigador del proyecto es el único dueño de dicha propuesta. Siguiendo con la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela, el artículo. 109 trata que el estado reconocerá la autonomía universitaria, que permite a los profesores, profesoras, estudiantes, estudiantas, egresados y egresadas de la comunidad adquirir conocimientos a través de la investigación científica, humanística y tecnológica.

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Por lo tanto el estudiante del Instituto Politécnico Universitario “Santiago Mariño”

tiene todo el derecho de recibir para beneficio espiritual y material todos aquellos conocimiento que la Universidad brinde, por medio la investigación

CÓDIGO ELÉCTRICO NACIONAL FONDONORMA 200:2.004 (7a. Revisión) Se utiliza el Código Eléctrico Nacional Fondonorma 200, convenía como base legal porque es un compendio de normas que se deben aplicar obligatoriamente a la hora de realizar aplicaciones con la energía eléctrica. El Código Eléctrico Nacional (CEN) es la Norma Venezolana que establece las reglas de observancia mínima para la instalación segura de conductores y equipos. Por lo anterior la revisión del CEN reviste una gran importancia para cualquier proyecto relacionado con el uso y aplicación de la energía eléctrica en aras de la seguridad de personas y bienes. Adicionalmente, al CEN el cual es el resultado del trabajo conjunto entre el Fondo para la Normalización y Certificación de la Calidad (FODONORMA) y el Comité de Electricidad (CODELECTRA), se deben revisan otra serie de normas que de una u otra forma se relacionan con el diseño de un equipo, como el planteado en el presente proyecto, en este sentido se nombran a continuación algunas Normas Venezolanas relacionadas

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LEY ORGÁNICA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA E INNOVACIÓN TÍTULO I DISPOSICIONES FUNDAMENTALES Artículo 1°. El presente Decreto-Ley tiene por objeto desarrollar los principios orientadores que en materia de ciencia, tecnología e innovación, establece la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela, organizar el Sistema Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación, definir los lineamientos que orientarán las políticas y estrategias para la actividad científica, tecnológica y de innovación, con la implantación de mecanismos institucionales y operativos para la promoción, estímulo y fomento de la investigación científica, la apropiación social del conocimiento y la transferencia e innovación tecnológica, a fin de fomentar la capacidad para la generación, uso y circulación del conocimiento y de impulsar el desarrollo nacional.

Artículo 3°. Forman parte del Sistema Nacional de Ciencia Tecnología e Innovación, las instituciones públicas o privadas que generen y desarrollen conocimientos científicos y tecnológicos y procesos de innovación, y las personas que se dediquen a la planificación, administración, ejecución y aplicación de actividades que posibiliten la vinculación efectiva entre la ciencia, la tecnología y la sociedad. A tal efecto, forman parte del Sistema: 1. El Ministerio de Ciencia y Tecnología, sus organismos adscritos y las entidades tuteladas por éstos, o aquéllas en las que tengan participación. 2. Las instituciones de educación superior y de formación técnica, academias nacionales, colegios profesionales, sociedades científicas, laboratorios y centros de investigación y desarrollos, tanto públicos como privados. 3. Los demás organismos públicos y privados que se dediquen al desarrollo, organización, procesamiento, tecnología e información.

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4. Los organismos del sector privado, empresas, proveedores de servicios, insumos y bienes de capital, redes de información y asistencia que sean incorporados al Sistema. 5. Las personas que a título individual o colectivo, realicen actividades de ciencia, tecnología e innovación. Dentro del Decreto con Fuerza de Ley Orgánica de Ciencia, Tecnología e Innovación se encuentran los artículo 1 – 3 establecen, el decreto tiene como objetivo definir los lineamientos de las políticas y estrategias para la actividad científica, tecnológica y de innovación con la implementación de instituciones que fomenten la investigación científica, tecnológica e innovadora, y es por ello que el investigador que está realizando el proyecto debe tiene todo el derecho de ser orientado por el Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” y operativos que se realicen

con el fin de presentar los objetivos finales que fueron expuestos en la propuesta del Prototipo de Robot Automatizado de Correspondencia.

EL CONGRESO DE LA REPÚBLICA DE VENEZUELA LEY SOBRE EL DERECHO DE AUTOR TÍTULO I, DE LOS DERECHOS PROTEGIDOS CAPÍTULO I, Disposiciones Generales SECCIÓN PRIMERA, De las Obras del Ingenio Artículo 1°. Las disposiciones de esta Ley protegen los derechos de los autores sobre todas las obras del ingenio de carácter creador, ya sean de índole literaria, científica o artística, cuales quiera sea su género, forma de expresión, mérito o destino. Los derechos reconocidos en esta Ley son independientes de la propiedad del objeto material en el cual esté incorporada la obra y no están sometidos al cumplimiento de

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ninguna formalidad. Quedan también protegidos los derechos conexos a que se refiere el Título IV de esta Ley.

Artículo 2°. Se consideran comprendidas entre las obras del ingenio a que se refiere el artículo anterior, especialmente las siguientes: los libros, folletos y otros escritos literarios, artísticos y científicos, incluidos los programas de computación, así como su documentación técnica y manuales de uso; las conferencias, alocuciones, sermones y otras obras de la misma naturaleza; las obras dramáticas o dramático-musicales, las obras coreográficas y pantomímicas cuyo movimiento escénico se haya fijado por escrito o en otra forma; las composiciones musicales con o sin palabras; las obras cinematográficas y demás obras audiovisuales expresadas por cualquier procedimiento; las obras de dibujo, pintura, arquitectura, grabado o litografía; las obras de arte aplicado, que no sean meros modelos y dibujos industriales; las ilustraciones y cartas geográficas; los planos, obras plásticas y croquis relativos a la geografía, a la topografía, a la arquitectura o a las ciencias; y, en fin, toda producción literaria, científica o artística susceptible de ser divulgada o publicada por cualquier medio o procedimiento.

SECCIÓN SEGUNDA, De los Autores Artículo 5°. El autor de una obra del ingenio tiene por el solo hecho de su creación un derecho sobre la obra que comprende, a su vez, los derechos de orden moral y patrimonial determinados en esta Ley. Los derechos de orden moral son inalienables, inembargables, irrenunciables e imprescriptibles. El derecho de autor sobre las traducciones y demás obras indicadas en el artículo 3º puede existir aun cuando las obras originales no estén ya protegidas por esta Ley o se trate de los textos a que se refiere el artículo 4º; pero no entraña ningún derecho exclusivo sobre dichas obras ya originales o textos.

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Artículo 6°. Se considera creada la obra, independientemente de su divulgación o publicación, por el solo hecho de la realización del pensamiento del autor, aunque la obra sea inconclusa. La obra se estima divulgada cuando se ha hecho accesible al público por cualquier medio o procedimiento. Se entiende por obra publicada la que ha sido reproducida en forma material y puesta a disposición del público en un número de ejemplares suficientes para que se tome conocimiento de ella.

REGLAMENTO INTERNO SOBRE EL TRABAJO ESPECIAL DE GRADO DEL IUPSM AÑO 2001 CAPITULO I DISPOSICIONES GENERALES Artículo 2. El trabajo Especial de grado es una actividad prevista en los planes de estudio, con carga crediticia e inherencia a quienes cursan estudios de pregrado en el Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”, la cual será realizada como

parte de su formación.

Artículo 3. La realización del trabajo especial de grado es de carácter obligatorio; un requisito para optar al título en la Carrera y Mención cursada por el estudiante, y debe ser efectuado durante el tiempo de duración de la misma.

Artículo 4. El trabajo especial de grado deberá estar en correspondencia con la carrera y mención cursada por el estudiante, responder a las líneas de investigación aprobadas y consideradas prioritarias por el Consejo Directivo del Instituto, e igualmente constituir un aporte para el respectivo campo del conocimiento. EL Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” siendo una institución

privada de educación universitaria debe generar y desarrollar conocimientos de actividades que posibiliten la vinculación efectiva entre la ciencia, la tecnología y la sociedad.

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El Reglamento Interno sobre el trabajo especial de grado del IUPSM aclara que la realización del Trabajo especial de grado es una activada que todo el estudiante debe realizar ya que está inscrita en el pensum de estudio, aportando las cargar de crédito necesaria para optar el Título de Ingeniero, es por ello que el autor ejecuta el Proyecto de Investigación titulado: Diseño de un Sistema de Potencia Reactiva, basado en

Banco de Condensadores para Mejorar el Factor de Potencia en el Edificio Parque Cristal, Caracas. EL diseño del sistema de potencia reactiva será realizado únicamente por el estudiante que está optando el Título de Ingeniero Eléctrico ya que está correlacionado su carrera los objetivos del proyecto, tal cual como lo indica el Artículo 4 del Reglamento Interno sobre el trabajo especial de grado del IUPSM

Sistemas de Variables Según Bavaresco (1994), "Las variables representan diferentes condiciones, cualidades, características o modalidades que asumen los objetos en estudio desde el inicio de la investigación" (p. 76). 45 Según Arias (2006) “Variable es una característica o cualidad; magnitud o

cantidad, que puede sufrir cambios, y que es objeto de análisis, medición, manipulación o control en una investigación”. (P. 57).

Según Balestrini (2009), “Los tipos de variables se van midiendo respetando el siguiente orden: orden y distancia; orden y origen; orden, distancia y origen. En otras palabras las variables el orden está relacionado con la magnitud y está a la vez debe ser imprescindible e inevitable.” (P. 160) Para Jesús Alirio Silva (2010) dice “se entiende por variable o los valores o aspectos

que influyen en el problema bajo estudio y cuyas propiedades puedan adquirir diversos

55

valores”. En resumen podemos decir que las variables son aquellas que se pueden medir

o estudiar dentro de la investigación, hay tres tipos de variables que son:

Variable Independiente: no posee relación de dependencia, lo domina el investigador, son totalmente manipulables en el proceso de la investigación

Variable Dependiente: a diferencia de la variable independiente, este tipo de variable refleja los resultados de la investigación, por tanto no puede ser manipulada

Variables Intervinientes: estas se caracterizan porque influyen sobre las variables dependientes y se puede controlar o se incluyen dentro del factor de error de medición.

Conceptualización de Variables El cuadro de conceptualización, se puede definir como aquel que describe cómo se van a medir las variables empleando los objetivos específicos usado en la definición del objetivo general. Este cuadro es de gran ayuda porque permite visualizar la magnitud, dimensión, indicadores entre otros con las cuales se cuenta. Cuadro 1, Definición de Variables

Objetivo Describir el diseño de banco de condensadores para la mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Cristal

Variable

Diseño

Tipo de Variable

Definición

Independiente

Conjunto de estudios necesarios para ejercer esa actividad y proyectar objetos que sean útiles y estéticos

Dependiente

Es el conjunto de complemento e instrumentos que permite mediciones para el desarrollo del proyecto

Determinar los implementos para la medición de parámetros eléctricos y medición de armónicos existentes

Implementos

en el sistema de potencia de Parque Cristal. Indicar la solución de corrección del factor de potencia por medio del

Corrección

Dependiente.

Capacidad

Dependiente.

banco de condensadores Determinar la capacidad del banco

56

Mostrar por medio de indicios eléctricoeconómico que es la solución viable. Por medio de cálculos eléctricos factible y viables

de condensadores a instalar. Determinar la construcción del sistema de potencia reactiva, basada en banco de condensadores para la mejorar el factor de potencia en el

Sistema de Potencia

Dependiente

Es la implementación física donde estarán los componentes de potencia (condensadores)

Dependiente.

Experimentar el funcionamiento del banco de capacitores conectados a la red eléctrica

Dependiente

Capacidad de estudiar estadísticamente el beneficio económico luego de la instalación del banco de condensadores.

Dependiente

Establecer normas de seguridad para la manipulación y mantenimiento del banco de condensadores

edificio Parque Cristal Determinar pruebas en el sistema de potencia reactiva, basada en banco de condensadores para la

Pruebas

mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Cristal Analizar el beneficio económico luego de implementar el sistema de potencia reactiva, basado en banco

Beneficio económico

de condensadores. Determinar un manual de usuario del sistema de potencia reactiva, basada en banco de condensadores

Manual

para la mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Cristal

Fuente: León (2014).

Definición de Términos Básicos Amperio: Es la unidad de intensidad de corriente eléctrica. Forma parte de las unidades básicas en el Sistema Internacional de Unidades y fue nombrado en honor de André-Marie Ampère. El amperio es la intensidad de una corriente constante que manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2×10-7 newton por metro de longitud.

Voltaje: es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. También se puede definir como el trabajo por unidad de carga

57

ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas.

Potencia: es la razón de cambio del trabajo o incremento en el trabajo por unidad de tiempo, se mide en joules por segundo (Watts), pero también puede medirse en libra/pie por segundos o en caballos de fuerza (HP).

Posición angular ɵ: la posición angular ɵ de un objeto es el ángulo en que se sitúa, medido desde algún punto arbitrario de referencia. La posición angular se mide en radianes o grados; corresponde al concepto de distancia en el movimiento rectilíneo.

Transformador: dispositivo que cambia potencia eléctrica alterna de un nivel de voltaje a potencia eléctrica alterna a otro nivel de voltaje mediante la acción de un campo magnético. Consta de dos o más bobinas de alambre conductor enrolladas alrededor de un núcleo ferromagnético común.

Condensador: Un condensador eléctrico o capacitor es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total. Aunque desde el punto de vista físico un condensador no almacena carga ni corriente eléctrica, sino simplemente energía mecánica latente; al ser introducido en un circuito se comporta en la práctica como un elemento "capaz" de almacenar la energía eléctrica que recibe durante el periodo de carga, la misma energía que cede después durante el periodo de descarga.

58

Corriente Eléctrica: Paso de la electricidad entre dos puntos de diferente potencial, a través de un conductor. Puede ser continua, cuando fluye siempre en la misma dirección, y alterna cuando cambia periódicamente de dirección.

Resistencia: Es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.

Acometida: Conjunto de componentes y dispositivos utilizados para transportar la energía, desde las líneas de la Empresa Distribuidora de Energía Eléctrica a la instalación que requiere del suministro de potencia.

Armónicos: Significa cualquier onda de voltaje y / o corriente que se encuentre presente en el sistema, cuya frecuencia sea mayor que la fundamental.

Bajo Factor de Potencia: Factor de potencia inferior al noventa por ciento (90%) Consumo: Cantidad de energía utilizada en un tiempo da aspectos eléctricos, se mide en Kw/hr.

Distorsión Armónica: La distorsión armónica se produce cuando la señal de salida de un sistema no equivale a la señal que entró en él. Esta falta de linealidad afecta a la forma de la onda, porque el equipo ha introducido armónicos que no estaban en la señal de entrada.

Energía: Potencia multiplicada por el tiempo. Equipo de Medición: Accesorios que se utilizan con el propósito de medir el flujo de electricidad, que pasa a través del punto de entrega, para fines de facturación.

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Factor de Carga: Relación entre el consumo de energía eléctrica del mes respecto de la potencia máxima utilizada, por las horas del periodo de facturación.

Factor de Potencia: Relación entre la potencia eléctrica útil consumida y la cantidad de potencia eléctrica que se debe suministra al consumidor.

Kilovatio: El kilovatio o kilowatt (símbolo KW), es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades. El kilovatio (símbolo KW), igual a mil vatios, se usa habitualmente para expresar la potencia de motores y la potencia de herramientas y máquinas.

Polución de Armónicas: Perturbaciones eléctricas producidas por los diferentes órdenes de armónicas dentro de un sistema eléctrico.

Red Eléctrica: Conjunto de líneas, equipos y materiales externos a las instalaciones del comprador, incluyendo el equipo de medición; instalados con el propósito de poder brindar servicio de electricidad.

THD: Término que se utiliza frecuentemente para definir el nivel de contenido armónico en las señales alternas, el significado en español es Distorsión Armónico Total.

Contactor: El contactor es el elemento que permitirá realizar la conexión o desconexión para que los condensadores entreguen la potencia reactiva necesaria al sistema eléctrico de la planta.

Condensadores Trifásicos: Estos son los elementos fundamentales del banco de condensadores, los que permitirán generar energía reactiva para la corrección del factor de potencia.

60

Ajuste de Sensibilidad (c/k): El ajuste de (c/k) consiste en usar ya sea atenuación de corriente o amplificación de la señal de salida de la medición del cosϕ .más ajuste. Determinando el valor de cosϕ deseado por medio de la fijación de la potencia reactiva tolerada para un valor de potencia deseado.

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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Balestrini (1998) define al marco metodológico como: El conjunto de procedimientos lógicos, tecno-operacionales implícitos en todo proceso de investigación, con el objeto de ponerlos a manifiesto y sistematizarlos; a propósito de permitir descubrir y analizar los supuestos del estudio y de reconstruir los datos, a partir de los conceptos teóricos convencionalmente operacionalizados (pág.125).

Modalidad de la Investigación El diseño de investigación tiene como objeto “proporcionar un modelo de verificación que permita contrastar hechos con teorías y su forma es la de una estrategia o plan general que determina las operaciones necesarias para hacerlo”

(Sabino, c 1992, P.67). Conforme con este planteamiento, el presente estudio se corresponde con un proyecto de investigación factible, formulado sobre la base de investigación documental y de campo. De acuerdo con el manual de trabajos de grados y maestría y tesis doctorales de la UPEL, el proyecto factible “consiste en la investigación, elaboración y desarrollo de una propuesta de un modelo operativo viable para solucionar problemas, requerimientos o necesidades de organizaciones o grupos sociales; puede referirse a la formulación de políticas, programas, tecnologías, métodos o procesos”. (UPEL 2010, p.21).

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Acorde con la definición, esta investigación constituye un proyecto factible, puesto que se pretende solucionar un problema existente de tipo práctico; por cuanto los resultados obtenidos del mismo serán orientados a proporcionar un modelo Operativo viable capaz de satisfacer las necesidades y los requerimientos planteados por la institución. El mismo está apoyado en una investigación de campo, que es definida por el manual de trabajos de grado de especialización y maestría y tesis doctorales (UPEL 2010, p.18) como “el análisis sistemático de problemas en la realidad, con el

propósito bien sea de describirlos, interpretarlos, entender su naturaleza y factores constituyentes, explicar sus causas y efectos, o predecir su ocurrencia, haciendo uso de métodos característicos de cualquiera de los paradigmas o enfoques conocidos o en desarrollo”.

Conforme con Sabino (1992), en los diseños de campo los datos de interés se recogen en forma directa de la realidad, mediante el trabajo concreto del investigador y su equipo. Estos datos, obtenidos directamente de la experiencia empírica, son llamados primarios, denominación que alude al hecho de que son datos de primera mano, producto de la investigación en curso sin intermediación de ninguna naturaleza. Así mismo, el presente estudio se fundamenta además en la investigación documental que es definida por el manual de trabajos de grado de especialización y maestría y tesis tutoriales (UPEL 2010, p.20) como “el estudio de problemas con el

propósito de ampliar y profundizar el conocimiento de su naturaleza, con apoyo, principalmente, en trabajos previos, información y datos divulgados por medios impresos, audiovisuales o electrónicos” , el principal beneficio que los autores

obtienen mediante una indagación es que puede incluir una amplia gama de fenómenos, ya que no solo tiene que basarse en los hechos a los cuales él tiene acceso

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de un modo directo sino que puede extenderse para abarcar una experiencia inmensamente mayor. El manual de Trabajo Especial de Grado del I.U.P.S.M. (2006), define tres modalidades de investigación: La modalidad que adopte el Trabajo Especial de Grado (TEG) se relaciona directamente con el Tipo de Investigación que el estudiante desarrollará para darle solución a una determinada situación-problema. Desde esta perspectiva el TEG puede adoptar las siguientes modalidades: (a) de Campo, (b) Documental, (c) de Proyecto Factible (pág. 6). A su vez, define también el I.U.P.S.M. (2006): El TEG basado en la Modalidad de Proyecto Factible consiste en la propuesta de un modelo funcional viable, o de una solución posible a un problema de tipo práctico, con el objeto de satisfacer necesidades de entes específicos (…). Dentro de esta

categoría se contemplan todas las investigaciones de tipo proyectiva -proyectos factibles- que conllevan al diseño o creación de un producto como por ejemplo, proyectos: agropecuarios, arquitectónicos, químicos, de sistemas, electrónicos y de otra naturaleza (pág. 7). El siguiente proyecto de investigación propone diseño de potencia reactiva, basado en banco de condensadores En función de sus objetivos se incorporara el tipo de investigación denominado como Proyecto Factible. Donde el problema a resolver es la corrección del factor de potencia.

64

Tipo de Investigación I.U.P.S.M. (2006), luego de definir la modalidad de Proyecto Factible, indica que: “En todos los casos las propuestas generadas han de ser pertinentes al contexto de la

especialidad cursada por el estudiante y apoyadas en una investigación de campo o documental (pag.8)”.

A su vez, Arias (1999), define el tipo de investigación de campo como “la

recolección de datos directamente de la realidad donde ocurren los hechos, sin manipular o controlar varia ble alguna (pag.21).” Y la investigación documental como “aquella que se basa en la obtención y análisis de datos provenientes de materiales impresos u otros tipos de documentos (pag.21).”

El tipo de investigación que clasifica al Trabajo Especial de Grado es de Investigación de Campo, pues según las definiciones presentadas, el proyecto

contiene un proceso de recolección de datos.

Procedimientos Debido a que la modalidad del proyecto se define como Factible, el procedimiento metodológico a seguir para dicho modo de proyecto según define Galíndez (2010), es cumplir con “tres fases en la elaboración de proyectos factibles: Diagnóstico, Factibilidad y Desarrollo de la Propuesta (pág. 6).”, sin embargo, IUPSM (2006),

define las fases como Diagnóstico, Alternativas de Solución y de Propuesta, dejando la factibilidad como un apartado distinto de las fases y reemplazándola por las Alternativas de Solución. Galíndez (2010), aclara que “sin embargo, el modelo puede

modificarse atendiendo a los requisitos metodológicos exigidos por las diferentes instituciones educativas a nivel superior o bien en función de las organizaciones o empresas que respaldan o financian el proyecto. (pág. 9)”, por lo que en el proyecto

se tomarán como fases el Diagnóstico, las Alternativas de Solución y, la Propuesta.

65

Para llevar a cabo el trabajo especial de grado se realizó a través de la técnica de recolección de datos, de fuentes primarias, observación en el campo de trabajo, investigaciones sobre la corrección del factor de potencia y los componentes para su funcionamiento, encuestas hechas a la población donde se realizara el proyecto. A continuación se detallaran las fases que se siguieron para obtener el diseño de un sistema de potencia reactiva, basado en banco de condensadores para mejorar el factor de potencia del edificio Parque Cristal Caracas.  Primera fase:

se inició con la selección del problema objeto de estudio, se

plantearon las interrogantes de la investigación, los objetivos así como la justificación de la investigación. 

Segunda fase: se realizó la búsqueda de información acerca del sistema de

potencia reactiva basado en banco de condensadores y mejora del factor de potencia. Simultáneamente se precisaron los tipos de corrección de factor de potencia que existen. Además de lo mencionado anteriormente, se llevó a cabo la documentación legal en la que se fundamenta la presente investigación, se explicaron conceptos, características, diagramas de las etapas que tendrá el proyecto, como lo son los bancos capacitivos a utilizarse. 

Tercera fase: En este nivel de la investigación, se detalló la metodología a

utilizar de la investigación, se realizó el estudio para llevar a cabo el tipo de encuesta más adecuada para la investigación de campo, se estudió la población y muestra a quien beneficiara el diseño del sistema de potencia reactiva, basado en banco de condensadores y las técnicas usadas para el análisis de los resultados. 

Cuarta fase: En esta se desarrollará el diseño, se mostraran las simulaciones

para apreciar la efectividad del banco capacitivo, se mostraran los resultados

66

de los análisis hechos en las fases anteriores y como parte final del procedimiento de investigación elaborar el proyecto factible del sistema de potencia reactiva, basado en banco de condensadores con un respectivo manual de mantenimiento.

Operacionalización de las Variables Según Balestrini (2002), “la definición operacional de una variable, implica

seleccionar los indicadores contenidos, de acuerdo al significado que se le ha otorgado a través de sus dimensiones a la variable en estudio.” (p. 114).

Para Arias (2006). “La variable es una característica o cualidad; magnitud o cantidad, que pueden sufrir cambios, y que es objeto de análisis, medición, manipulación o control en una investigación”

De igual manera Arias (2006), expresa que, “una dimensión es un elemento integrante de una variable completa, que resulta de sus análisis o descomposición”

Asimismo Arias (2006). “Los indicadores es un indicio. Señal o medida que permite estudiar o cuantificar una variable o sus dimensiones”

Por último Arias (2006). Ex plica que: “La validez del cuestionario significa que las preguntas ó ítems deben tener una correspondencia directa con los objetivos de la investigación. Es decir, las interrogantes consultarán sólo aquello que se pretende conocer o medir”

Cuadro 2: Operacionalización de Variables

Variable

Tipo de Variable

Dimensión

Indicador

Diseño

Independiente

Eléctrica

Componentes eléctricos que forman el sistema de potencia.

Implementos

Dependiente

Medidores y registradores de carga

Voltaje, corriente.

Corrección

Dependiente

Eléctrica

Cálculos de potencia reactiva y factor de

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Capacidad

Dependiente

Eléctrica

Sistema de Potencia

Dependiente

Eléctrica

Pruebas

Dependiente

Eléctrica

Beneficio económico

Dependiente

Económica

Manual

Dependiente

Metodológica

potencia Cálculos eléctricos del condensador Planos, diagramas, prototipo Funcionamiento y operatividad Costos Vs tiempo Fases del proyecto, instalación, pruebas

Fuente: León F (2014).

Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos Según Arias (2006). “Las técnicas de recolección de datos son las distintas formas ó

maneras de obtener la información. Son ejemplos de técnicas; la observación directa, la encuesta en sus modalidades: oral o escrita (cuestionario), la entrevista, el análisis documental, análisis de contenido, etc.”

Observación Directa Para Tamayo y Tamayo, M. (2004) la observación directa “Es aquella en la cual el investigador puede observar y recoger datos mediante su propia observación”. (p.183).

Es una técnica que consiste en observar atentamente el fenómeno, hecho o caso, tomar información y registrarla para su posterior análisis. La observación es un elemento fundamental de todo proceso investigativo, en ella se apoya el investigador para obtener el mayor número de datos. Gran parte del acervo de conocimientos que constituye la ciencia ha sido lograda mediante la observación.

Instrumento Según Arias (2006) define los instrumentos como: “Los medios materiales que se

emplean para recoger y almacenar la información.” 68

Para Jesús Alirio (2010) define como instrumentos de recolección de datos: “al

proceso que se seguirá para la búsqueda de la información y de los instrumentos que se utilizaran para tal fin.”

Los instrumentos de recolección de datos para la realización de las técnicas empleadas para la recopilación de información son los siguientes: 1. Observación 2. Recopilación de información 3. Encuesta 4. Entrevistas

Encuesta Para Alirio, Jesús (2010) define la entrevista “Es la recopilación de información en forma directa mediante la cual el entrevistador obtiene datos del entrevistado, siguiendo una serie de preguntas preconcebidas y adaptándose a las circunstancias que presenten las respuestas y la disposición del entrevistado (p. 11)” Para ello se propone mediante la encuesta mostrada en el siguiente cuadro las preguntas realizadas a todo el personal de ingeniería que se verán beneficiados con la elaboración del sistema de potencia reactiva, basado en bancos de condensadores. Cuadro 3: Encuesta realizada al personal de ingeniería de la administración del edifico Parque Cristal

N°

Preguntas

1

¿Cree Ud. necesario el sistema de potencia reactiva para mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Cristal?

2

¿Considera Ud. que el sistema de potencia reactiva debe ser implementado en las aéreas mas criticas del edificio?

69

Si

No

¿Cree Ud. Que la solución del problema en las zonas críticas se verá 3 reflejado en la mitigación de costos de facturación eléctrica por parte de la empresa de suministro eléctrico? ¿Considera Ud. Que la administración del edificio apruebe el 4 proyecto de instalación del sistema de potencia reactiva, basado en banco de condensadores? Fuente: León F (2014).

La población se centra en el personal de ingeniería y técnicos que labora en la administración del edificio Parque Cristal, los cuales conocen la problemática del edificio. La información recopilada de la administración del edificio se obtiene de los departamentos de ingeniería, mantenimiento y infraestructura, existen 6 ingenieros entre los cuales se encuentran 1 ingeniero industrial, 1 ingeniero mecánico, 2 ingenieros eléctricos y 2 ingenieros civiles; entre el departamento de ingeniería y mantenimiento se encuentra un total de 7 técnicos, los cuales se dividen en 5 técnicos superiores y dos técnicos ince. En total a población consta de 13 personas que será la población absoluta, encargados del mantenimiento e infraestructura del edificio. Tomando en cuenta esta población de 13 persona, un error muestral de 1% y un nivel de confianza del 99% se puede obtener la muestra.

Población Según Alirio (2010); “Población es precisar los atributos esenciales de sus

elementos, que sirve para agruparlo como un conjunto” El termino población se refiere de acuerdo con el fragmento citado en el libro de Arias. F (2006) a “cualquier conjunto de elementos de los que se quiere conocer o investigar alguna o algunas de sus características”

70

Podemos deducir dentro del proyecto del Diseño de un sistema de potencia reactiva, basado en banco de condensadores está definido dentro del edificio Parque Crista y la población a emplear es el conjunto de 6 ingenieros y 7 técnicos que trabajan en los diversos departamentos de la administración del edificio.

Muestra Según Arias, F (2006) “La muestra conglomerada se basa en la división del

universo en unidades menores, para determinar luego las que será objeto de investigación, o donde se realizara la investigación (p.82).” El muestreo es indispensable para el investigador ya que es imposible entrevistar a todos los miembros de una población debido a problemas de tiempo, recursos y esfuerzo. Al seleccionar una muestra lo que se hace es estudiar una parte o un subconjunto de la población, pero que la misma sea lo suficientemente representativa de ésta para que luego pueda generalizarse con seguridad de ellas a la población. El tamaño de la muestra depende de la precisión con que el investigador desea llevar a cabo su estudio, pero por regla general se debe usar una muestra tan grande como sea posible de acuerdo a los recursos que haya disponibles. Entre más grande la muestra mayor posibilidad de ser más representativa de la población. Tomar la población completa para efectuar una encuesta, cuando esta es muy grande aumenta la complejidad y el costo de los recursos para realizarla, con lo que se convertiría en un censo, por lo tanto es necesario tomar una muestra representativa y proporcional al universo establecido, con la salvedad descrita por Hernández, citado en Castro (2003), el cual expresa que “si la población es menor a cincuenta (50)

individuos, la población es igual a la muestra (pág. 69).

71

Por lo tanto, la población es igual a la muestra es decir 13 personas.

Validez Se define como la ausencia de sesgo. Un instrumento será válido si aquello que efectivamente mide se corresponde con lo que realmente se quiere medir. La determinación de la validez, que de acuerdo con Chávez (2.001), “es la eficacia con que el instrumento mide lo que se pretende medir”, (p. 193), se realizará en el

presente estudio a partir de las evidencias de contenido, sometiéndolo al juicio de expertos en el área de ingeniería y de metodología de la investigación, que analizarán cada pregunta del cuestionario e indicaran sus recomendaciones en cuanto a: coherencia con la investigación, claridad y redacción, lo que permitirá el diseño final del instrumento para su aplicación.

Confiabilidad Se define como la minimización de error aleatorio en un instrumento de recolección de datos. Representa la influencia del azar en la media; es decir, el grado en que las mediciones están libres de la desviación producida por los errores casuales. La precisión de una medida es la que asegura su replicabilidad (si se repite, siempre da el mismo resultado). El gradiente de confiabilidad, que consiste, según lo que señala Chávez (2.001) como “el grado de congruencia con que se realiza la medición de una variable a partir de un instrumento” (p. 203).

Técnicas de Análisis de Resultados Es importante señalar que estos análisis tienen como finalidad la de expresar de una forma concreta, los resultados obtenidos, tras a ver aplicado los instrumentos de

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recolección de datos, que le permitirá al investigador señalar con sus propias palabras o interpretar las conclusiones a las que se han llegado. En este punto se describen las distintas operaciones a las que serán sometidos los datos que se obtengan: clasificación, registro, tabulación y codificación si fuere el caso. Se procederá a la utilización de técnicas que permita analizar, procesar y comparar el rendimiento y calidad del prototipo propuesto. Referente al análisis, se definirán las técnicas lógicas (inducción, deducción, análisis, síntesis), o estadísticas (descriptivas o inferenciales), que serán empleadas para descifrar lo que revelan los datos que sean recogidos. En los procesos de investigación, el análisis de datos luego de su recolección, permitirá determinar si los resultados obtenidos son satisfactorios, de forma que se logre alcanzar los objetivos propuestos. En lo que se respecta al registro de observación Sabino C. (2002) nos dice que “es

en el que se detallan que datos habremos de recoger, llamándola observación estructurada o formalizada”. (p.106).

Fases de la Investigación Para obtener resultados satisfactorios sobre los objetivos previamente trazados, se debe seguir un procedimiento de orden metodológico, para lograr con ello dar una respuesta al problema descrito, sobre la base del contenido en el Manual de Trabajo Especial de Grado del Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”

(IUPSM), 2006.

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La metodología utilizada para cumplir con los objetivos perseguidos por este proyecto involucra la realización de una serie de actividades. Dentro de la modalidad de esta investigación, se introducen tres (3) importantes fases con la finalidad de cumplir con los requisitos involucrados en un proyecto factible el cual consiste en las siguientes etapas:

F ase de Diagnóstico: consiste .en evaluar en el terreno disponible y realizar estudio de la situación existe previa a la realización del TEG, para determinar la problemática existente, que se pretende resolver con la investigación que se realiza en el trabajo especial de grado.

F ase de Alternativa de Solución: en estafase se deberá estudiar las diferentes alternativas que existen en el mercado para solventar la problemática bajo factor de potencia en el Edificio Parque Cristal. Las diferentes alternativas se estudiaran desde la óptica de su metodología para resolver la problemática en estudio, cuáles son sus ventajas, sus desventajas, cual es su costo, así como su disponibilidad tecnológica, que utiliza cada alternativa; con el objetivo de escoger la mejor que se adapte para solucionar la problemática en estudio. Como aconseja la buena práctica de la ingeniería se estudiaran como mínimo tres (3) alternativa de solución.

F ase de Propuesta Galíndez (2010), define esta fase como “el pro pósito, destinatarios y la

justificación de la propuesta, así como los fundamentos teóricos que la sustentan (pag.13)”. Es la fase donde se presenta el prototipo con la sustentación teórica,

práctica, de factibilidad, debidamente justificada y, se describirán las delimitaciones que tendrá la propuesta, para luego ejecutar la propuesta estableciendo las etapas de

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diseño. También se presentará el diseño de la propuesta que resuelve el problema planteado en el capítulo I.

CAPÍTULO IV RESULTADOS Según, el Manual de Trabajo Especial de Grado del Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” (2006), define: “Se consideran los resultados como

una nueva propuesta o formulación teórica, práctica, o teórico-práctica (según el estudio realizado), que contribuye al enriquecimiento del conocimiento; e igualmente constituyen un intento de plasmar en un todo coherente lo demostrado en el análisis de los resultados, en virtud de lo cual el razonamiento inductivo se muestra a plenitud”. (p.36).

Fase de Diagnóstico Según Barrios (1998), el proyecto factible como trabajo de grado implica el cumplimiento de las siguientes etapas: diagnóstico, planteamiento, y fundamentación teórica de la propuesta; procedimiento metodológico, actividades y recursos necesarios para la ejecución; análisis y conclusiones sobre la viabilidad y realización del proyecto; y en caso de su desarrollo, la ejecución de la propuesta y la evaluación tanto del proceso como de sus resultados. Orozco, Labrador y Palencia (2002), señalan las tres fases en la elaboración de proyectos factibles; diagnostico, factibilidad y desarrollo de la propuesta.

Diagnóstico: se refiere a la descripción de la necesidad o problema que justifica el proyecto. Si el objeto de esta modalidad de investigación es plantear soluciones a

75

problemas específicos, entonces es necesario describir la realidad, la situación actual del problema o necesidad que se pretende modificar mediante la propuesta. Esta fase comprende el propósito y/o objetivo, el contexto o ubicación geográfica donde se plantea el proyecto factible.

Diagnóstico de Inspección del E dificio Parque Cristal. De acuerdo a la problemática se realiza una primera fase de evaluación de la facturación eléctrica, la cual conlleva a la segunda fase de inspección y reconocimiento de las áreas donde quiere realizarse el estudio de corriente, tensión, potencia (activa, aparente y reactiva), factor de potencia y distorsión de armónicos, cuyo resultado de la inspección y el estudio es: Mejorar el factor de potencia por medio de un sistema de potencia reactiva.

Análisis de la Problemática En la actualidad, el edificio de Parque Cristal cuenta con su propia administración, la cual presenta inquietudes por la necesidad de mejorar su calidad en el consumo eléctrico en las diversas áreas tales como: Iluminación, ascensores, chiller, extractores ventiladores y servicios preferenciales, donde la polución de armónicos, y la alta cantidad de potencia reactiva, requiere de un estudio de ingeniería, que se encargue de realizar inspecciones mediciones y estudio para mejorar el factor de potencia realizando el diseño de un sistema de potencia reactiva que mejore la calidad de energía. El presente proyecto plantea el diseño de un sistema de potencia reactiva, basado en banco de condensadores para mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Cristal.

Encuesta Lazarsfeld (1971) lo menciona como “Técnica para indicar que el investigador no

se guie por sus propias suposiciones y observaciones, sino prefiere dejarse guiar por

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las opiniones, actividades o preferencias del público para lograr ciertos conocimientos, es un método que permite explorar sistemáticamente lo que otras personas saben, sienten, profesan o cree”. (p. 193.194).

El representante más destacado del método cuantitativo es la encuesta. La encuesta es un método de investigación compatible con el empleo de varias técnicas e instrumentos de recolección de datos, como son: la entrevista, el cuestionario, la observación, el test, block de notas, etc. Para el desarrollo del presente proyecto se empleó la técnica de la encuesta de tipo oral la cual se define, según García. F (2009) como: “una investigación realizada

sobre una muestra de sujetos representativa de un colectivo más amplio, utilizando procedimientos estandarizados de interrogación con intención obtener mediciones cuantitativas de una gran variedad de características objetivas y subjetivas de la población.

Población La población a utilizar en el presente trabajo de grado es: 13 personas, ver página. 67, capítulo III.

Muestra La muestra a utilizar en el presente trabajo de grado es: 13, ver página. 68, capítulo III.

Instrumento Como instrumento para la recolección de datos, se utilizó un cuestionario de cuatro preguntas que a continuación se enuncian: 1. ¿Cree Ud. necesario el sistema de potencia reactiva para mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Cristal?

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2. ¿Considera Ud. que el sistema de potencia reactiva debe ser implementado en las aéreas más críticas del edificio? 3. ¿Cree Ud. Que la solución del problema en las zonas críticas se verá reflejado en la mitigación de costos de facturación eléctrica por parte de la empresa de suministro eléctrico? 4. ¿Considera Ud. Que la administración del edificio apruebe el proyecto de instalación del sistema de potencia reactiva, basado en banco de condensadores? Cuadro 4: Ficha técnica de la encuesta.

Fernando León

Persona que realiza la encuesta Lugar

Edificio Parque Cristal, Chacao

Fecha

10/11/2014 Persona a persona

Forma de implementación Número de preguntas

4

Población

13

Muestra

13

Confiabilidad

99%

Error

1% Aleatoria

Tipo de muestreo Fuente: León F (2014).

Resumen del Diagnostico Luego de la recopilación de datos formulada por la encuesta, se puede observar como la población de ingenieros y técnicos con respecto a las preguntas enunciadas en la ficha técnica, están de acuerdo el 100% donde todos conocen la problemática del tema y la solución de la misma, que al final concluyen con unanimidad y pasar a manos al departamento de compras y finanzas el proyecto para que se lleve a cabo.

78

Fase de Alternativa de Solución La fase de alternativas solución no es más que la posibilidad de elegir entre opciones o soluciones diferentes. Para Peña (2006) la definición de la alternativa de solución implica las siguientes consideraciones: Tipos de alternativas: la solución del problema a resolver pudiera consistir de pequeñas o sustanciales modificaciones al sistema actual, el desarrollo de uno nuevo, el aprovechamiento de novedosas tecnologías y equipos que sustituyan o refuercen a los mecanismos existentes. Su propuesta estará en función a la naturaleza del requerimiento y a los recursos disponibles. Definición de la alternativa: cada propuesta deberá estar debidamente fundamentada, describiendo las aportaciones o cambios estructurales de organización, procedimientos, manejo de información, recursos necesarios, costos, tiempo de implementación repercusiones, ventajas y desventajas que implicaría llevarla a cabo. Establecimiento de criterios de decisión: en base a las prioridades y recursos disponibles, se determinan los principales aspectos a satisfacer por las propuestas. Por ejemplo: economía del proyecto, tecnología, plazo de terminación, etc. Comparación de alternativas: Se establece el grado de satisfacción que cada opción brinda a los criterios de decisión, de tal manera que se distinga la más ventajosa. Elección: Una vez evaluadas las diversas alternativas se escoge aquella que ofrece las mayores ventajas y cuya realización es factible en los términos de costo y tiempo esperados.

79

Propuesta 1. Corrección del factor de potencia mediante maquinas sincrónicas.

Descripción Las máquinas sincrónicas pueden funcionar como generadores de potencia reactiva, ya sea accionando cargas mecánicas o funcionando en vacío, siendo en este último caso conocidos como capacitores sincrónicos. La generación de potencia reactiva depende de la excitación, necesitando ser sobreexcitados para poder satisfacer sus propias necesidades de energía reactiva y entregar a su vez energía reactiva al sistema.

Ventajas: 

Mejora el factor de potencia



La regulación de la potencia reactiva es muy fácil y progresiva, pudiendo compensar tanto cargas inductivas como capacitivas.



A pesar de su marcha en vacío, el compensador síncrono absorbe una potencia activa apreciable debido a las pérdidas mecánicas.

Desventajas: 

Este tipo de compensación no es muy utilizada, se utiliza sólo en el caso de que existan en la instalación motores sincrónicos de gran potencia (mayores a 200 HP) que funcionan por largos períodos de tiempo.



En las redes de distribución no resulta económicamente conveniente el uso de compensadores sincrónicos debido a sus altos costes de instalación y mantenimiento

Costos: 1.700.000 Bs.

80

Propuesta 2 Corrección del factor de potencia mediante condensadores de potencia (compensación individual).

Descripción: La compensación individual de refiere a que cada consumidor de carga inductiva se le asigna un capacitor que suministre potencia reactiva para su compensación. La compensación individual es empleada principalmente en equipos que tienen una operación continua y cuyo consumo de la carga inductiva es representativo; dentro de este método existe dos métodos de compensación individual: 

Compensación individual en motores eléctricos



Compensación individual en transformadores de distribución El método de compensación individual es el tipo de compensación más efectivo,

ya que el capacitor se instala en cada una de las cargas inductivas a corregir, de manera que la potencia reactiva circule únicamente por los conductores cortos entre la carga y el capacitor. En los transformadores de distribución, la potencia total del banco de capacitores se calcula para compensar la potencia reactiva absorbida por el transformador en vacío, que el del orden del 5 al 10% de la potencia nominal. De acuerdo con las normas de instalaciones eléctricas, con el fin de evitar fenómenos de resonancia y sobretensión en vacío, la potencia total del banco de capacitores no debe exceder el 10% de la potencia nominal en VA del transformador.

Ventajas: 

Los capacitores son instalados cerca de la carga inductiva, la potencia reactiva es confinada al segmento más pequeño posible de la red.

81



El arrancador para el motor puede también servir como un interruptor para el capacitor eliminando así el costo del dispositivo de control del capacitor solo.



El uso del arrancador proporciona control semiautomático para los capacitores, por lo que no son necesario controles complementarios.



Los capacitores son puesto en servicio cuando el motor está trabajando.



Todas las líneas quedan descargadas de la potencia reactiva

Desventajas: 

El costo de varios capacitores por separado es mayor que el de un capacitor individual de valor equivalente.



Existe subutilización para aquellos capacitores que no son usados con frecuencia.



Es importante mencionar que para no incurrir en una sobrecompensación en la carga inductiva que provoque alteraciones en el voltaje que puedan dañar la instalación eléctrica, la potencia del banco de capacitores deberá limitarse al 90% de la potencia reactiva del motor en vacío.

Costos: 1.450.000 Bs Propuesta 3 Corrección del factor de potencia mediante condensadores de potencia (compensación en grupo).

Descripción: Es aconsejable compensar la potencia la potencia inductiva de un grupo de cargas, cuando estas se conectan simultáneamente y demandan potencia reactiva constante, o bien cuando se tienen diversos grupos de cargas situados en puntos distintos.

82

Ventajas: 

Se conforman grupos de carga de diferente potencia pero con un tiempo de operación similar, para que la compensación se realice por medio de un banco de capacitores con su propio interruptor.



Los bancos de capacitores puede ser instalados en el centro de control de motores.



El banco de capacitores se utilizan únicamente cuando las cargas están en uso.



Se reducen costos de inversión para la adquisición de banco de capacitores.



Es posible descargar de potencia reactiva las diferentes líneas de distribución de energía eléctrica.

Desventajas: 

La potencia reactiva no se reduce, es decir, que seguirá circulando energía reactiva entre el centro de control y la carga.

Costos: 920.850 Bs Propuesta 4 Corrección del factor de potencia mediante condensadores de potencia (compensación central con banco automático).

Descripción: Este tipo de compensación ofrece una solución generalizada para corregir el factor de potencia ya que la potencia total del banco de capacitores se instala en la acometida, cerca de los tableros de distribución de energía, los cuales, suministran la potencia reactiva demandada por diversos equipos con diferentes potencias y tiempos de operación. La potencia total del banco de capacitores se divide en varios bloques que están conectados a un regulador automático de energía reactiva, que conecta y desconecta los bloques que sean necesarios para obtener el factor de potencia previamente programado en dicho regulador.

83

Ventajas: 

Mejor utilización del banco de capacitores



Se tiene una mejora en la regulación del voltaje en el sistema eléctrico.



Suministro de potencia reactiva según los requerimientos del momento.



Es de fácil supervisión.

Desventajas: 

En las diversas líneas de distribución no son descargadas de la potencia reactiva



Requiere de un regulador automático del banco de capacitores para compensar la potencia reactiva, según las necesidades de cada momento.

Costo: 727.589,22Bs Cuadro 5: Comparación de las propuestas PROPUESTA

1

VENTAJAS

DESVENTAJAS COSTOS Este tipo de compensación no es muy utilizada, se utiliza sólo en el Mejora el factor de potencia caso de que existan en la La regulación de la potencia reactiva instalación motores sincrónicos de es muy fácil y progresiva, pudiendo gran potencia (mayores a 200 HP) compensar tanto cargas inductivas que funcionan por largos períodos de tiempo. como capacitivas. 1.700.000 Bs A pesar de su marcha en vacío, el En las redes de distribución no económicamente compensador síncrono absorbe una resulta conveniente el uso de potencia activa apreciable debido a compensadores sincrónicos debido las pérdidas mecánicas. a sus altos costes de instalación y mantenimiento

84

Los capacitores son instalados cerca de la carga inductiva, la potencia reactiva es confinada al segmento más pequeño posible de la red. El costo de varios capacitores por El arrancador para el motor puede separado es mayor que el de un también servir como un interruptor capacitor

individual

de

valor

para el capacitor eliminando así el equivalente. costo del dispositivo de control del capacitor solo.

Existe subutilización para aquellos capacitores que no son usados con

2

1.450.000 Bs

El uso del arrancador proporciona frecuencia. control semiautomático para los capacitores, por lo que no son Es importante mencionar que para necesario complementarios.

controles no

incurrir

en

una

sobrecompensación en la carga inductiva

que

provoque

Los capacitores son puestos en alteraciones en el voltaje que servicio cuando el motor está puedan trabajando.

dañar

la

instalación

eléctrica, la potencia del banco de capacitores deberá limitarse al

Todas las líneas quedan descargadas 90% de la potencia reactiva del de la potencia reactiva

motor en vacio.

85

Se conforman grupos de carga de diferente potencia pero con un tiempo de operación similar, para que la compensación se realice por medio de un banco de capacitores con su propio interruptor. Los bancos de capacitores puede ser instalados en el centro de control de La potencia reactiva no se reduce,

motores.

es decir, que seguirá circulando

3

El banco de capacitores se utilizan energía reactiva entre el centro de

920.850 Bs

únicamente cuando las cargas están control y la carga. en uso. Se reducen costos de inversión para la

adquisición

de

banco

de

capacitores. Es posible descargar de potencia reactiva las diferentes líneas de distribución de energía eléctrica.

Mejor utilización del banco de capacitores En

las

diversas

líneas

de

Se tiene una mejora en la regulación distribución no son descargadas de del voltaje en el sistema eléctrico. 4

la potencia reactiva

Suministro de potencia reactiva Requiere según

los

requerimientos

momento.

del automático

un

del

regulador banco

de

capacitores para compensar la potencia

Es de fácil supervisión.

de

reactiva,

según

necesidades de cada momento.


86

las

727.589,22Bs

Como se observa en el cuadro N° 4, la propuesta 4 es la que presenta las mejores ventajas y el mejor precio para solventar la problemática planteada, además las desventajas no comprometen el cumplimiento del objetivo, por lo cual la propuesta 4 es la que se escoge para el desarrollo del TEG, porque es la más viable para resolver el problema de la investigación.

Fase de Propuesta Luego de realizar un diagnóstico del problema planteado y de analizar diferentes alternativas de solución, se describe la propuesta del trabajo de investigación que consiste en el diseño de un sistema de potencia reactiva, basado en banco de condensadores para mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Cristal

Objetivo General Diseñar un sistema de potencia reactiva, basado en banco de condensadores para la mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Cristal, Caracas

Objetivos específicos 1. Describir el diseño de banco de condensadores para la mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Cristal. 2. Establecer los implementos para la medición de parámetros eléctricos, factor de potencia y medición de armónicos existentes en el sistema de potencia de Parque Cristal. 3. Indicar la solución de corrección del factor de potencia por medio de banco de condensadores. 4. Determinar la capacidad del banco de condensadores a instalar. 5. Esbozar la construcción del sistema de potencia reactiva, basada en banco de condensadores. 6. Instalar el sistema de potencia reactiva, basada en banco de condensadores.

87

7. Realizar pruebas del sistema de potencia reactiva, basada en banco de condensadores para la mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Cristal. 8. Analizar el beneficio económico luego de implementar el sistema de potencia reactiva, basado en banco de condensadores. 9. Elaborar un manual de usuario del sistema de potencia reactiva, basada en banco de condensadores para la mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Cristal.

Justificación de la Investigación El diseño de un sistema de potencia reactiva, basada en un banco de condensadores para mejorar el factor de potencia en el edificio de Parque Cristal justifica el beneficio que es de carácter tecnológico y económico, la eficiencia de un banco de condensadores y la corrección del factor de potencia requiere de técnicas de ingeniería que den solución a la problemática pertinente en el edificio, dando una solución operativa totalmente factible. Para brindar la solución más cercana a la realidad, se complementara el trabajo de grado con la investigación de las zonas que presentan costos elevados de facturación, determinando que estas tengan bajo factor de potencia, donde el banco de condensadores tomara el control de flujo de armónicos aguas arriba y hacia la red contribuyendo con el ahorro energético implantado por la Corporación Eléctrica Nacional, CORPOELEC. La resolución N°75 tiene como objetivo promover las mejoras del factor de potencia a los usuarios industriales, con cargas superiores a los 200KVA, donde explica que los usuarios que no mantengan el factor de potencia en 0,9 estarán sujetos a penalizaciones y recargos en sus facturas mensuales. En otras palabras, esto también es parte de los beneficios económicos por lo que no solo se evitaran recargos en la facturación sino que también se reducirá el costo por el servicio de energía. Por

88

otro lado, en cuanto a los beneficios energéticos se reducirán las caídas de tensión y se mejorara la transferencia de potencia evitando así todos los efectos negativos que conlleva las pérdidas en dicho sistema, contribuyendo también con el ahorro energético. El desarrollo de este sistema con el Trabajo Especial de Grado contribuye como bases para otras investigaciones futuras en el área de potencia eléctrica y mejor calidad de energía. Porque este Trabajo Especial de Grado es un requisito para optar al título de ingeniero eléctrico en el Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño.

Alcance El alcance fundamental del presente proyecto es lograr la corrección del factor de potencia automatizado por medio del banco capacitivo que inyecte potencia reactiva al sistema, así mismo justifique la mejora en el precio de la facturación eléctrica.

Delimitación Para Alirio (2010) define la delimitación en colocar límites señalando sus alcances. El sistema de potencia reactiva debe limitarse a la corrección del factor de potencia, debe hacerse un estudio pleno del sistema y analizar, calcular los valores de los capacitores a usar, ya que este prestara un servicio que propone satisfacer las necesidades que presenta el edificio de Parque Cristal.

Desarrollo En esta fase del trabajo especial de grado, se explicaran detalladamente las etapas para llevar a cabo el diseño de potencia reactiva tomando en cuenta toda la información mostradas en los capítulos I, II, y III del presente trabajo

89

Diseño de la Propuesta El presente proyecto tiene como objeto el diseño de un sistema automatizado para el control de la potencia reactiva, basado en banco de condensadores para mejorar el factor de potencia en el edificio parque cristal. De acuerdo con la propuesta se realiza un estudio de cargas, mediciones de los distintos sectores donde se quiere la corrección del factor de potencia.

Diseño del banco de capacitores que regulara el factor de potencia: Para la corrección del factor de potencia se toma la propuesta numero 4 descrito en la página 83.

Descripción: Este tipo de compensación ofrece una solución generalizada para corregir el factor de potencia ya que la potencia total del banco de capacitores se instala en la acometida, cerca de los tableros de distribución de energía, los cuales, suministran la potencia reactiva demandada por diversos equipos con diferentes potencias y tiempos de operación. La potencia total del banco de capacitores se divide en varios bloques que están conectados a un regulador automático de energía reactiva, que conecta y desconecta los bloques que sean necesarios para obtener el factor de potencia previamente programado en dicho regulador. La figura 9 muestra el diagrama del sistema a utilizar.

90

Figura 8: Diagrama del sistema de potencia reactiva, basado en banco de condensadores a las cargas aplicadas


Implementos para la medición de parámetros: Para la medición de parámetros, se toma como instrumento de medición el registrador de carga marca Amprobe, modelo DM-III a las salidas de los interruptores principales del sistema de extractores, ascensores y chillers. Figura 9:Registrador Amprobe, modelo DM-III

Fuente:http://www.amprobe.com/amprobe/usen/Insulation,-Ground-Resistance-and-Power-Quality/PowerQuality-Analyzers-/AMP-DM-III-Multitest.htm?PID=73221

91

Figura 10: Diagrama de mediciones en los diversos sectores donde se requiere el estudio

Fuente: Fernando León (2014)

Estudio de cargas, solución, capacidad del banco de condensadores a usar en el Centro de Sistema de Extractores y Ventiladores. Descripción: El sistema de extracción y ventilación del sistema; prestan sus servicios en el área del sótano del edificio donde se encuentran 4 niveles de estacionamiento. Estos a su vez suministran aire del exterior y extrae aire caliente dentro de los sótanos. Está integrado por 28 extractores y 23 ventiladores.

92

Figura 11: Diagrama unifilar sistema de extractores y ventiladores


93

El siguiente objetivo es recolectar información sobre: 

Corriente RMS



Tensión RMS



Potencia Activa, Reactiva y Aparente.



Factor de potencia.

Con el analizador de cargas marca Amprobe, modelo DM-III a la salida del interruptor principal del sistema de extractores, se ha conseguido los datos de parámetros eléctricos como: corriente RMS, tensión RMS, potencia activa, reactiva, aparente y factor de potencia; además se han obtenido las curvas de comportamiento eléctrico, esto gracias al software del equipo analizador de cargas que permaneció tomando mediciones los días 23/10/2014 a las 6:50 horas, terminando de tomar mediciones el día 24/10/2014 a las 7:35 horas. Con todos estos datos obtenidos con el levantamiento de cargas, se procederá al diseño del banco de condensadores y el cálculo del valor de los condensadores en KVAr que permitirá la corrección del factor de potencia Cuando se utiliza un instrumento de medición (analizador de carga) para el diseño del banco de condensadores se debe tomar en cuenta: 

A partir de las mediciones, efectuar distintas mediciones aguas abajo del interruptor principal con la instalación en las condiciones de carga habituales. Los datos a medir deben ser los mencionados anteriormente: Potencia activa, Potencia reactiva, Factor de potencia (cosɵ). A partir de estos datos elegir el cosɵ medio de la instalación.



De esta manera se seleccionaran los datos recomendados partir de mediciones que permitan realizar cálculos correspondientes para determinar la potencia reactiva requerida para realizar la corrección del factor de potencia.

94

Tabla 1: Valor medio, máximo y mínimo de potencia activa, potencia reactiva y factor de potencia para el circuito de ventilación forzada.

MEDIO MÍNIMO MÁXIMO

P (W) 275000 0 281500

Q (VAr) 320200 0 411100

Fuente: Fernando León (2014) Gráfica 7: Curva corriente Vs tiempo


95

Cosɵ 0,58 -1 0,59

Gráfica 8: Curva tensión Vs. tiempo


Gráfica 9: Curva potencia activa Vs. tiempo


96

Gráfica 10: Curva potencia reactiva inducida Vs. tiempo

Fuente: Fernando León (2014) Gráfica 11: Curva potencia aparente V. tiempo


97

Gráfica 12: Curva factor de potencia Vs. tiempo


De acuerdo a las mediciones tomadas, el factor de potencia máximo medido es 0,59, de acuerdo a esto se procede a calcular el valor del banco capacitivo para mejorar el factor de potencia. Se pide corregir el factor de potencia del sistema de ventilación forzada, con una red eléctrica que consume 281500W, el actual factor de potencia es 0,59 y desea corregirse a 0,98. La red está alimentada con un voltaje efectivo de 480V (RMS) a 60Hz. ¿Cuál es el valor del capacitor que se debe instalar para realizar dicha corrección? P=281500W Fp viejo=0,59 Fp nuevo=0,98 V=480 VRMS F=60Hz 98

Para obtener ɵ tenemos:

Ɵviejo=cos-10,59=53,843°

  cos   1 ×     

Ɵnuevo=cos-10,98=11,478°

   +     ×    ×      281500 0,59  477118,6 = ×  477118,6×53,843°  385227,15      281500 0,98  287244,89 = ×  287244,89×11,478°  57159,34   _   385227,15 57159,34  328067,81 El valor del condensador se obtiene de la siguiente manera:

  2 ×   2 ×60  376,99 ⁄ 328067, 8 1    ×     376,99×480  3,777 × 10−

99

Tabla 2: Tabla para determinar los KVAr necesarios para corregir el factor de potencia

Fuente: http://www.ilumeyco.com/img/soporte-tabla-factor-de-pot.gif

La tabla indica el factor de potencia en uso y el factor de potencia a mejorar. El factor de corrección para el caso del sistema de ventilación forzada es de 1,166 para corregir el factor de potencia a 0,98 Ejemplo: Tomamos la potencia del sistema que es P=281500W, como el factor de potencia es 0,59 y lo queremos llevar a 0,98; la tabla indica que el factor multiplicador es 1,166

QC  281500 ×1,166  328229VAR 100

Este valor es similar al calculado teóricamente. Para demostrar que el factor de potencia es variable y por ende se necesite de un banco de condensadores automático que suministre potencia reactiva y evite penalizaciones, se toma en cuenta las mediciones del registrador Amprobe el día 23/10/2014 a las 6:30 horas, hasta el día 24/10/2014 a las 7:35 horas POR INTERVALOS DE 1 HORA. Tabla 3: Mediciones de potencia por intervalos de una hora

POTENCIA (W) Mid Total (W) 229500 23-10-2014 06:50 280600 23-10-2008 07:50 280500 23-10-2014 08:50 280400 23-10-2014 09:50 280200 23-10-2014 10:50 281500 23-10-2014 11:50 280500 23-10-2014 12:50 278600 23-10-2014 13:50 278100 23-10-2014 14:50 278600 23-10-2014 15:50 278600 23-10-2014 16:50 275500 23-10-2014 17:50 277200 23-10-2014 18:50 277400 23-10-2014 19:50 278900 23-10-2014 20:50 280700 23-10-2014 21:05 0 23-10-2014 22:50 1642 23-10-2014 23:50 0 24-10-2014 00:50 0 24-10-2014 01:50 0 24-10-2014 02:50 0 24-10-2014 03:50 0 24-10-2014 04:50 1597 24-10-2014 05:50 278800 24-10-2014 06:50 278300 24-10-2014 07:35 Fuente: Fernando León (2014) Date & time

FP Mid Total ( ) 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 0,57 0,57 0,58 0,58 0,57 0,58 0,58 0,57 0,58 0,57 0,56 -1 0,51 -1 -1 -1 -1 -1 0,51 0,58 0,58

101

FACTOR DE TABLA N° 2

Qc (VAr)

1,202 1,202 1,202 1,202 1,202 1,239 1,239 1,202 1,202 1,239 1,202 1,202 1,239 1,202 1,239 1,277

275859 337281,2 337161 337040,8 336800,4 348778,5 347539,5 334877,2 334276,2 345185,4 334877,2 331151 343450,8 333434,8 345557,1 358453,9 0 2436,728 0 0 0 0 0 2369,948 335117,6 334516,6

1,484

1,484 1,202 1,202

Lo establecido en la tabla N°3 demuestra que a las 6:30 se necesitara de una potencia reactiva de 275,859KVAr que asegurará un factor de potencia de 0,98; a las 11:50 una potencia de 348,778KVAr, desconectándose a las 22:50h, conectándose de nuevo a las 23:50 con una potencia de 2,436KVAr, desconectándose a las 00:50 y volviendo a conectar a las 5:50 con una potencia de 2,369KVAr, trabajando a plena carga a partir de las 6:50 con una potencia de 335,117KVAr.

SELECCIÓN DEL TIPO DE BANCO DE CONDENSADORES A UTILIZAR La potencia reactiva a compensar es totalmente variable de acuerdo a los cálculos dados con la tabla N°3, se realizara con la selección de un banco automático trifásico debido a que este es el más conveniente para la corrección del factor de potencia en el sistema de ventilación y extracción del edificio Parque Cristal. El banco de condensadores automático es la opción ideal, dado que, al tener un controlador de factor de potencia estará conectando y desconectando mediante los contactores, a los condensadores trifásicos conforme sea necesario y se mantendrá un valor del factor de potencia lo más cercano al prefijado, para el caso del sistema de ventilación y extracción del estacionamiento del edificio Parque Cristal de 0,98. Para esto se eligió un modelo de banco de condensadores con controlador Circutor Computer modelo 8D-14 de ocho etapas, con banco de condensadores trifásicos en 480V, potencia 360KVAr.

COMPONENTES DE UN BANCO DE CONDENSADORES AUTOMÁTICO La potencia reactiva requerida (capacitiva) no es completamente constante durante las 24 horas del día. El requerimiento para potencia reactiva puede ser dividido en tres categorías.

102

Requerimiento prácticamente constante: Este caso se aplica cuando la carga reactiva es constante.

Esto es cierto

considerando la compensación de la corriente de magnetización de un transformador de distribución, por ejemplo un capacitor fijo puede ser usado.

Requerimiento variable: Este caso puede resultar cuando la carga reactiva total varía durante el día, pero es aún demasiado pequeña para ser compensada individualmente en los objetos de carga diferentes (por razones de costo). Para este caso se debe usar un capacitor con potencia reactiva variable con la carga. Esto es un banco automático de capacitores.

Requerimientos instantáneos: Este caso se aplica cuando el requerimiento es significativo en tamaño y la conmutación rápida es esencial (entre 0 y 0.25 ms). Capacitores controlados por tiristores puedes ser empleados.

Principio de operación: Cada banco está construido con un cierto número de capacitores trifásicos colocados en el mismo gabinete (contenedor). Los capacitores pueden ser arreglados en grupos en paralelo y conmutados con contactores. Figura 12: Esquema de un banco automático de capacitores.

Fuente:http://www.electropar.com.py/pdf/electricidad/Capacitores%20y%20correccion%20del%20Factor%20de %20Potencia.pdf

103



El número de capacitores autónomos está usualmente referido como pasos



El número de pasos son usualmente 8



La conmutación de los contactores y sus capacitores individuales es controlada por un regulador (vármetro)

Bancos Auxiliares: Los bancos de capacitores son preparados para grandes rangos de potencia. De hecho la potencia de cada paso de capacitor puede ser doblada instalando próximo al banco principal un banco auxiliar con una superestructura conteniendo ocho contactores idénticos a aquellos del banco principal. De esta manera se obtiene una conexión en cascada. Es posible multiplicar el número de bancos aún más. El principio es el mismo, por ejemplo, el contacto auxiliar de cada contactor es usado para enganchar los pasos correspondientes en las siguientes unidades auxiliares. Los bancos de capacitores auxiliares no están equipados con reguladores de VAr y cada uno aumenta el valor de un paso por un sexto de la potencia adicional conectada.

El regulador de VAr: El regulador de vares tiene 4 funciones distintas: a. Medir potencia reactiva requerida y controlar la conmutación (conexión y desconexión) de los diferentes pasos de los capacitores dependiendo del factor de potencia deseado. Esto es de hecho de la siguiente manera: 

Determinación del coseno φ deseado



Medición del coseno φ



Ajuste de sensibilidad



Control de los pasos del capacitor



Intervalos de conmutación entre dos pasos

104

b. Desconexión en voltaje cero c. Insensibilidad a las armónicas d. Señalización de pasos de conmutación.

Medición del coseno ɸ: Las señales de corrientes y voltaje son requeridas para determinar el valor del Cosφ. Si la medición de corriente es hecha en la fase R, por ejemplo, y el voltaje es

medido entre las fases S y T, el voltaje resultante estará 90° fuera de fase con respecto a la fase R. Supongamos que el circuito es resistivo (cosɸ = 1). La corriente en R y el voltaje entre S y T esta cambiado en 90°. La secuencia de fase debe ser notada a fin de obtener una corriente retrasada del voltaje. La señal de la función del cosɸ. Puede ser obtenida de dos formas. 

Método de integración

Determinamos el valor integral de la corriente durante una mitad de onda cuando el voltaje es positivo, donde la corriente está en fase con el voltaje (sin olvidar que tenemos cambiado el voltaje en 90°)que el valor integral es idéntico en la zona positiva y negativa, siendo el resultado cero. En las otras la corriente se retrasa (circuito inductivo) o se adelanta(circuito capacitivo), puede verse que el resultado no es más grande que cero, teniendo un valor positivo (circuito inductivo) o un valor negativo (circuito capacitivo). Este valor resultante es una función de: 1. La corriente (la cual es el flujo de corriente principal en CT, si es provisto) 2. El desfasamiento de corriente-voltaje 

Método de fase

Las señales de voltaje y corriente usadas son idénticas a aquellas descritas en el método precedente. La señal de voltaje alterno es transformada en un impulso de

105

corta duración con amplitud constante y desfasada 90°. Esta es una señal senoidal, la cual es una función de la corriente de alimentación transistor de efecto de campo. El voltaje de salida será un impulso con amplitud proporcional al valor de la corriente en ese momento, es decir: 

Ajuste del cosɸ:

Este ajuste es hecho externamente por medio de un potenciómetro graduado en valores de cosϕ. 

Método de integración

El principio consiste en el desfasamiento de la señal de voltaje (usada para medir los valores del cos ϕ) en relación a su fase original la cual es hecha por medio de un circuito RC. Cuando el valor de la resistencia es cero, el valor de voltaje de salida es igual y en fase con el voltaje de entrada. Por el incremento de del valor de la resistencia, desfasamos el voltaje de salida en relación al voltaje de entrada. Como estamos integrando la corriente en función del tiempo donde el voltaje es positivo, el valor del voltaje no tiene importancia, tan sólo la fase es la que importa. La resistencia es regulada por medio de un potenciómetro graduado en valores de cos ϕ.

Método de fase También actuamos sobre el vector de voltaje, por desfasamiento (en avance o 

retraso) el impulso representa el voltaje, usando un circuito RC en el que la constante de tiempo ha sido cambiada

Ajuste de sensibilidad (c/k): El ajuste de (c/k) consiste en usar ya sea atenuación de corriente o amplificación de la señal de salida de la medición del cosϕ .más ajuste. Determinando el valor de cosϕ deseado por medio de la fijación de la potencia reactiva tolerada para un valor de potencia deseado. En otras palabras, fijando cos ϕ para una corriente activa dada por medio de la fijación de la corriente reactiva. La corriente reactiva es la diferencia entre la corriente resultante de la carga inductiva y la corriente capacitiva. En el caso

106

de un banco automático, la corriente capacitiva aumenta por paso hasta que alcanza la resultante seleccionada. Puede verse de inmediato que es imposible obtener la corriente residual aceptable exacta, y que una tolerancia debe ser permitida. Si la tolerancia es insuficiente, hay un riesgo de bombeo, por ejemplo: una sucesión continúa de conexión y desconexiones de un paso. Es evidente que el bombeo puede ser evitado si la tolerancia de sensibilidad total, excede la corriente en un paso del capacitor. En la práctica el regulador no es puesto para reaccionar a cambios muy pequeños de la carga inductiva, sino para cambios correspondientes a 2/3 de la corriente de un paso del capacitor. Entonces el regulador sensibiliza la corriente de capacitor por medio del transformador de corriente, es importante notar el rango del transformador. El valor de la variación también llamada corriente de inicio y es designada por c/k. El valor de c/k puedes ser calculado por la formula siguiente: Fórmula 18: Ajuste de sensibilidad

  360 ×   × Fuente:

En donde: Q: potencia nominal de un paso del capacitor en KVAR. V: voltaje de la red en V. K : relación de transformación del transformador de corriente.

107

Control de pasos: La señal de salida ajustada por el potenciómetro de c/k proporciona dos indicaciones: 

Si tienen un valor suficiente controlará la operación.



Si es positivo, esta operación consiste en conectar un capacitor y viceversa.

Por medio de un medidor (circuito integrado) recibiendo a señal, controla los contactores principales por medio de relevadores auxiliares integrados con el regulador de vares.

Secuencia de conexión: Existen tres tipos principales.

a) adición El primer capacitor es siempre conectado tan pronto como exista una demanda, el segundo, el tercero, etc. Son conectados cuando la demanda aumenta y viceversa. Esto es representado como 1.1.1.1.1.

b) progresión El banco incluye capacitores con valores diferentes que son múltiplos del primer paso, por ejemplo: 1-2-4 etc. El paso 1 está en la primera demanda, si la demanda aumenta, el paso 2 es conectado y el paso 1 es desconectado. Un problema puede aparecer con la conexión de un capacitor con 4 veces la unidad de potencia, pero esto puede ser reducido con una secuencia 1-2-2.

c) rotación Los métodos precedentes sólo permiten aumentos y ciertos capacitores (por ejemplo el primero), están con mucha mayor frecuencia conectados, con respecto los otros. En un intento de restaurar el balance tendríamos:

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Demanda: conecte 1 Nueva demanda: conecte 2 Reducción: desconecte (no es el 2 como en la secuencia de adición)

Intervalos de conmutación: El problema con los intervalos demasiado cortos entre operación de conmutación, es importante cuando c/k es calculado inadecuadamente y puede conducir al efecto previamente mencionado llamado búsqueda. Aún si los capacitores están equipados con resistencia de descarga, es necesario permitir un cierto tiempo después de la desconexión de un capacitor antes que una nueva conexión sea hecha, para permitir al capacitor descargarse a un nivel de voltaje residual bajo. El capacitor, por lo tanto, no debe ser reconectado a una carga antes que haya sido suficientemente descargado. Un cierto tiempo mínimo debe ser fijado entre la desconexión y la reconexión del paso del capacitor. Este tiempo puede ser obtenido en el contador y es típicamente alrededor de 40 segundos. Esto es suficiente para evitar sobre corrientes extras debido a la conmutación repetida del capacitor. 

Desconexión en voltaje cero

Para evitar el problema de la auto-excitación en un motor, el capacitor debe ser desconectado cuando el voltaje es cortado. Durante un corte principal excedido en 2periodos, el medidor es automáticamente puesto a cero. El medidor es reactivado 90segundos después de la reenergización. 

Armónicas

Las armónicas son más y más comunes en los sistemas de suministro principales, y es imperativo que el regulador de vares deba ser insensible a ellas. Durante una onda alterna fundamental, la integral de las armónicas pares es cero, pero la integral de las ondas armónicas impares iguala una alternancia.

Controlador de factor de potencia.

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Cuya función es medir el cosɸ de la instalación y dar las órdenes a los contactores para intentar aproximarse lo más posible al cosɸ objetivo, conectando los distintos escalones de potencia reactiva. Entonces el controlador de factor de potencia, medirá el factor de potencia, (cosɸ inicial) de la instalación y dará las ordenes a los contactores para intentar aproximarse lo más posible al cosɸ objetivo (0,98) conectando los distintos escalones (pasos) de potencia reactiva, evitando de este modo una sobrecompensación. De acuerdo al diseño se necesitara de una potencia reactiva total de 360KVAr, lo cual se conseguirá con un arreglo de 1*10KVAr+7*50KVAr. Se selecciona el contador de factor de potencia marca Circutor Computer modelo14D Figura 13: Controlador automático para corrección de factor de potencia marca Circutor Computer 14D

Fuente: Catalogo Power factor regulators Circutor.

PROGRAMACION DEL CONTROLADOR Los datos a suministrar en el controlador son: 

Cos ɸ deseado en la instalación; en este caso es 0,98.



La relación C/K (sensibilidad).



Corriente del primario del transformador de corriente.



KVAr del paso más pequeño.



Tensión nominal del condensador.



Tiempo de reconexión.

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

Tiempo de seguridad.



Numero de condensadores instalados.

ELEMENTOS EXTERNOS DEL CONTROLADOR DE FACTOR DE POTENCIA Para el funcionamiento de un equipo de compensación automático y del controlador de factor de potencia es necesaria la toma de datos de la instalación; estos son los elementos externos que le permitirán actuar correctamente al equipo:

Lectura de intensidad Se debe conectar un transformador de intensidad (CT) que lea el consumo de la totalidad de corriente de la instalación. Esto se logrará con un transformador de corriente que esté en relación a la corriente del sistema, la corriente del secundario del transformador del sistema de ventilación forzada y extractores es de 637 A, por ende se necesitará un CT de 700A o uno de valor al inmediato superior. Basándose en catálogos de los proveedores de equipos eléctricos se seleccionará el transformador de corriente de 700A que es el que más se acerca al valor deseado. Los valores de transformadores de intensidad existentes en el mercado se muestran en el anexo. Es indispensable la correcta ubicación del CT (transformador de intensidad o corriente), ya que en el caso de efectuar la instalación en los sitios indicados con una X (color rojo) como se muestra en la figura 3.7 el funcionamiento del equipo sería incorrecta.

Lectura de tensión Normalmente se incorpora en el propio banco de manera que al efectuar la conexión de potencia de la misma ya se obtiene este valor. Esta información de la instalación (tensión e intensidad) le permite al controlador efectuar el cálculo del

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Cosɸ existente en la instalación en todo momento; y le capacita para tomar la decisión de introducir o sacar escalones (pasos) de potencia reactiva.

Condensadores trifásicos: Estos son los elementos fundamentales del banco de condensadores, los que permitirán generar energía reactiva para la corrección del factor de potencia. Los condensadores cilíndricos trifásicos están compuestos de tres condensadores monofásicos que son introducidos en un envolvente metálico, son del tipo seco usando polipropileno metalizado con dieléctrico.

Cada condensador tiene un

elemento de desconexión por sobrepresión que protege contra la ruptura interna de la unidad, posee resistencias de descarga incluidas para reducir el voltaje después que se ha desenergizado el condensador. Los elementos del condensador están encapsulados con resina de poliuretano en un envase de aluminio cilíndrico y herméticamente sellado de modo que puedan ser aislados de la acción corrosiva del aire y asegurando una buena disipación del calor interno hacia el medio ambiente. Estos condensadores están especialmente indicados para la compensación individual de pequeñas cargas inductivas y la construcción de pequeños bancos de condensadores. Figura 14: Condensador tubular trifásico

Fuente: http://circutor.com/docs/CA_R2_SP.pdf

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Para el banco de condensadores se necesitará un condensadores de 10 kVAr y 7 de 50 KVAr 480V. La corriente nominal, por fase de un condensador trifásico viene dada por la ecuación:

Donde:

  √  3 ×

In: corriente nominal del condensador KVAr potencia reactiva nominal del condensador KV: voltaje Fase-Fase De esta manera la corriente nominal de cada condensador será;

10  12,028   √ 3×0,480 Y

50  60,14   √ 3×0,480

Entonces la corriente nominal de cada condensador es de 12,028A y 60,14A, la misma que se utilizará más adelante para realizar la elección del contactor y de las protecciones para el banco de condensadores automático.

Contactor: El contactor es el elemento que permitirá realizar la conexión o desconexión para que los condensadores entreguen la potencia reactiva necesaria al sistema eléctrico de la planta. La conexión de condensadores de potencia en bancos de regulación automática produce elevadas sobrecorrientes transitorias. En el caso de compensación individual, el valor de cresta de la sobrecorriente de conexión puede alcanzar valores de hasta 30 veces la corriente nominal del condensador. La mayor parte de contactores de buena calidad pueden manejar de forma segura este nivel de sobrecorriente. Sin embargo, en

113

un banco automático la sobrecorriente de conexión proviene no solo de la red sino, especialmente, de los condensadores que ya están conectados. En este caso los valores de cresta de la sobrecorriente pueden alcanzar fácilmente valores de 150 a 200 In. Estas elevadas corrientes pueden dañar tanto los contactos de los contactores como los condensadores, y las oscilaciones de tensión asociadas a las mismas pueden provocar problemas en otros circuitos de la instalación. La norma CEI 831 establece que el valor de cresta de la sobrecorriente de conexión debe ser inferior a 100 In. Es necesario por tanto tomar medidas para reducir las elevadas sobreintensidades que aparecen en las maniobras de los bancos de condensadores. Una de las alternativas es utilizar contactores especialmente diseñados para conexión de condensadores. De esta manera se procede a la selección de contactores especialmente diseñados para la conexión de condensadores.

Contactores especiales para condensadores Estos contactores se caracterizan por disponer de unos contactos auxiliares equipados con resistencias de pre-carga. Estos contactos se cierran antes que los de potencia y la cresta de conexión es fuertemente limitada por el efecto de las resistencias. A continuación se cierran los contactos de potencia, dejando de actuar las resistencias durante el funcionamiento normal del condensador. El empleo de estos contactores es altamente recomendable pues limitan muy notablemente las sobrecorrientes. Figura 15: Contactor Telemecanique serie LC1DF para el control de condensadores

Fuente: Catalogo serie LC Telemecanique-SCHNEIDERELECTRIC. Op. Cit, p.

114

Con todos los antecedentes se escoge 8 contactores especiales para el mando de condensadores que soporten una sobrecorriente de 2In entonces se tiene:

2 × 12 12,0,028 28  24,056 24,056 2 × 60 60,1,14 4  120 120,2,28 8 Así se utilizarán tres contactores con una corriente de empleo mayor o igual 24,056A y 120,28A. Se seleccionará de esta manera un contactor especial para el mando de condensadores como por ejemplo el modelo de contactor Ls77 y ls177 (marca AEG) que es un contactor de corriente nominal de 25A y 125A 480V a 60 Hz, el cual satisface las necesidades del diseño.

Dispositivos de protección Un banco de condensadores es un equipo eléctrico muy vulnerable, tanto a fallas como a condiciones anormales de operación. En cualquier instalación de condensadores de potencia es necesario planear una protección adecuada. Estos dispositivos están destinados a mantener la continuidad del servicio, evitando los posibles daños al personal y al equipo. Para el banco de condensadores automático se necesitará de un interruptor principal y de protecciones individuales para cada paso, es decir, para cada condensador.

Las protecciones deberán cumplir con los siguientes requerimientos: 1. Capacidad de sobrecarga del 35% de la corriente nominal. 2. Capacidad de soportar altas corrientes transitorias de corta duración. 3. Desconectar la unidad fallada, o un grupo de unidades, antes de que se produzca averías en los condensadores y antes que la continuidad del servicio sea afectada.

115

Principales objetivos de una protección para un banco de condensadores: 1. Evitar que la avería de un condensador origine interrupciones en el suministro de energía 2. Proteger las unidades sanas del banco, equipos próximos y al personal en el caso de una falla. 3. Evitar que las unidades restantes en el banco puedan funcionar con una tensión excesiva.

Interruptor principal: Protegen los elementos del circuito contra sobrecargas y corto circuitos. Para la selección del interruptor principal deberán tomarse algunas precauciones. 

Deberá ser un interruptor con protección electromagnética.



El calibre de la protección debe ser 1,43 veces la corriente nominal del banco, con el objeto de limitar el sobrecalentamiento producido por las armónicas que generan los condensadores; la protección magnética se debe a proteger cortocircuitos con corrientes al menos 10 veces la corriente nominal del condensador, por lo que se debe utilizar la curva D (magnético alto) en todos los casos. Figura 16: Interruptor termo magnético trifásico

elección del interruptor Fuente: SCHNEIDERELECTRIC, Capitulo 2 Compensación de energía reactiva, elección principal, p. 2/17. Pdf, www.ShneiderElectric.com www.ShneiderElectric.com

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Entonces para determinar la capacidad del interruptor principal se tiene la potencia total del banco de condensadores que es de 360KVAr, utilizando la ecuación de In se tiene:

360  433   √ 3×0,480 3×0,480   1,43×       1,43× 1,43 × 433  619

De esta forma se seleccionará un interruptor termo magnético de 619 A o uno de valor al inmediato superior.

Protección con fusibles individuales para cada condensador: Para el caso de condensadores trifásicos es necesario proteger cada fase del condensador con un fusible, lográndose de esta forma las exigencias de una protección por fusibles de una manera satisfactoria, con esta forma de protección se tienen las siguientes ventajas: El fusible sacará de servicio al condensador averiado, permitiendo que el resto del banco quede en funcionamiento, funcionamiento, dando lugar a un mejor aprovechamiento aprovechamiento de la instalación, ya que el cambio de dicho condensador se podrá hacer en el momento oportuno. Previene daños a los condensadores cercanos a la unidad que entre en falla, como así también a instalaciones cercanas al banco. El fusible que haya actuado facilita una indicación visual de cuál ha sido la unidad que entro en falla, simplificando de esta forma las tareas de mantenimiento del banco de condensadores.

Según SchneiderElectric cuando se utiliza contactores especiales para el mando de condensadores y se los protege mediante fusibles recomienda: “…..La protección

contra cortocircuitos se realizará por medio de fusibles gl de calibre comprendido entre 1,7 y 2 In (corriente nominal)”.

117

Como el fusible va a proteger a cada condensador del banco de condensadores, es decir, a siete condensadores de 50 kVAr y uno de 10 KVAr que tienen una corriente nominal calculada de

12,028 y 60,14 aplicando la referencia anterior se tendrá: 1,7 × 12,028  20,45 1,7 × 60,14  102,238

Entonces se seleccionarán fusibles de 20,45A y 102,238A o uno del valor al inmediato superior modelo NH000 y que existan en el mercado.

Dimensionamiento de los conductores: Entonces para dimensionar los conductores se utilizará la corriente nominal de cada condensador y también la corriente total del banco de condensadores buscando en la sección () del código eléctrico nacional.

Estudio de Factibilidad Sirve para recopilar datos relevantes sobre el desarrollo de un proyecto y en base a ello tomar la mejor decisión, si procede su estudio, desarrollo o implementación. El estudio de factibilidad de cierta manera es un proceso de aproximaciones sucesivas, donde se define el problema por resolver. Para ello se parte de supuestos, pronósticos y estimaciones, por lo que el grado de preparación de la información y su confiabilidad depende de la profundidad con que se realicen tanto los estudios técnicos, como los económicos, financieros y de mercado, y otros que se requieran. Los estudios de factibilidad tienen como objetivo el conocer la viabilidad de implementar un proyecto de inversión, definiendo al mismo tiempo los principales elementos del proyecto.

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Estudio Técnico Se refiere a los recursos necesarios como herramientas, conocimientos, habilidades, experiencia, que son necesarios para efectuar las actividades o procesos que requiere el proyecto. Generalmente se refiere a elementos tangibles (medibles). El proyecto debe considerar si los recursos técnicos actuales son suficientes o deben complementarse.

Estudio Económico Se refiere a los recursos económicos y financieros necesarios para desarrollar o llevar a cabo las actividades o procesos y/o para obtener los recursos básicos que deben considerarse, son el costo del tiempo, el costo de la realización y el costo de adquirir nuevos recursos. Generalmente la factibilidad económica es el elemento más importante ya que a través de él se solventan las demás carencias de otros recursos, es lo más difícil de conseguir y requiere de actividades adicionales cuando no se posee. Este aspecto es de vital importancia a la hora de decidir el diseño de potencia reactiva basada en banco de condensadores, por cuanto se busca determinar si los beneficios que se obtienen serán suficientes para aceptar los costos, es decir, se considera el tiempo de realización (diseño, construcción y pruebas) y los costos invertidos en la realización del sistema (materiales y herramientas), para desarrollar o llevar a cabo las actividades o procesos. Normalmente se toman en cuenta los costos de los equipos actuales, se comparan con respecto al costo del equipo propuesto, para establecer el punto de equilibrio, en la tabla nº 5 y 6 se muestra el presupuesto correspondiente a la propuesta.

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Tabla 4: Presupuesto basado a banco de condensadores 375 KVAr

Fuente: Baterías autorreguladas de condensadores MA/C/CE/TER cortesía de Prinselectric Ingeniería, C.A.

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Tabla 5: Presupuesto para banco de capacitores 360KVAr

Fuente: Servicios Eléctricos Arcontrol, C.A

121

Tabla 6: Presupuesto del proyecto

Ítem

Equipos

1

Alquiler de Registrador Amprobe, modelo DM-III

2 3

4 5 6

Cantidad

Precio Unitario

Monto Bs

1

10000

10000

1

5000

5000

1

605049,9

605049,9

1

25000

25000

Hora

40

65,6

2500

Hora

100

20,83

2083,33

Unidad

Análisis de estudio de cargas Banco de condensadores 360KVAr mano de obra de contratista en instalación Mano de obra tutor académico Mano de obra Autor del TEG

Pieza

Sub Total IVA 12% Total

649633,23 77955,99 727589,22


Análisis costo beneficio Para el análisis costo beneficio la compensación automática es la más conveniente para el sistema de ventilación forzada y extractores del edificio Parque Cristal por todos sus beneficios técnicos; además porque el sistema de compensación automática satisface las necesidades de potencia reactiva variable del sistema eléctrico del sistema. Por tal motivo el análisis económico servirá para determinar si el diseño realizado (Diseño de un sistema de potencia reactiva, basado en Banco de Condensadores para la Corrección del Factor de Potencia) es conveniente, o si se seguirá pagando las penalizaciones a la Empresa Eléctrica por una demanda de potencia reactiva.

122

Penalizaciones: De acuerdo a la compañía de suministro de energía eléctrica CORPOELEC, las penalizaciones por bajo factor de potencia es la siguiente: Considerando lo anterior el factor de potencia por debajo del 90% significa energía desperdiciada por su empresa y en consecuencia un incremento innecesario en el importe de su facturación por este concepto. De acuerdo al comportamiento del factor de potencia se aplica una penalización cuando el Fp es < al 90% o bonificación cuando el Fp es > al 90% conforme a lo siguiente: Fórmula 19: Penalizaciones por bajo factor de potencia y bonificación

Fuente:http://www.cfe.gob.mx/Industria/AhorroEnergia/Lists/Ahorro%20de%20energa/Attachments/3/Factor depotencia1.pdf

Este análisis económico, desde el punto de vista empresarial, es esencial porque permitirá saber si se recuperará o no la inversión y si se pueden pagar los costos de operación y mantenimiento que aseguren la continuidad del proyecto Debido a esto se hace muy necesario este tipo de análisis para conocer los métodos que permitirán evaluar el proyecto.

Análisis económico por medio de la corrección del factor de potencia. Beneficios: Los beneficios que se obtiene al corregir el factor de potencia como consecuencia de compensar potencia reactiva en el sistema son los siguientes: 

Control de tensión:

123

Al conectar un capacitor en paralelo, no solo se incrementa el factor de potencia de la fuente que entrega potencia a la carga. Sino que también disminuye la corriente de la fuente, considerando una impedancia de la línea entre la fuente y la carga, la disminución en la corriente de la fuente da por resultado que se tengan menos perdidas en la línea y menos caídas de tensión en esta. El tener un bajo factor de potencia trae como consecuencias caídas de tensión cuando los kVAr son exigidos del sistema de distribución. Cuando el factor de potencia decrece, la corriente total del línea se incrementa (mayormente corriente reactiva) causando grandes caídas de tensión a través de la impedancia de línea. Esto se debe a que la caída de tensión en una línea es igual a la corriente que fluya multiplicada por la impedancia de la línea. Para mayores corrientes mayor será la caída de tensión. La aplicación de capacitores produce un incremento de tensión en el sistema, desde el punto de la instalación hacia la generación. En un sistema con factor de potencia (FP) atrasado, esto se presenta debido a que los capacitores pueden reducir la cantidad de corriente reactiva que se transporta en el sistema, de esta forma se reduce la caída de tensión resistiva y reactiva en el mismo 

Incremento en la capacidad del sistema El incremento en la capacidad, es a menudo el beneficio más importante que justifica la adición de capacitores. Esto es particularmente significativo cuando las cargas alimentadas por el sistema aumentan rápidamente. La adición de capacitores reduce la carga en kVA del sistema, de esta forma se libera capacidad que puede usarse para alimentar cargas futuras. La capacidad del sistema se puede incrementar mediante la corrección del factor de potencia porque a mayor factor de potencia son menos los kVA para cualquier carga en kW. La instalación de capacitores adicionales en un sistema existente es el medio más barato de obtener la capacidad necesaria

124

del sistema para alimentar a cargas adicionales. La cantidad de corrección del factor de potencia justificada para aliviar la capacidad, depende del costo del equipo adicional del sistema por kW o kVA en comparación con el costo de los capacitores por kVAr. Aparte de la recuperación de la capacidad del sistema, se tendrá un beneficio económico ya que por razones de multas por bajo factor de potencia en el año se pierde 111033,84 Bs, lo que quiere decir que con la mejora del factor de potencia las multas serán 0 y con el coste de inversión del banco capacitivo de 727589,22 Bs la recuperación de la inversión es de 7 años.

Factibilidad Operativa Se refiere a todos aquellos recursos donde interviene algún tipo de actividad (Procesos), depende de los recursos humanos que participen durante la operación del proyecto. Durante esta etapa se identifican todas aquellas actividades que son necesarias para lograr el objetivo y se evalúa y determina todo lo necesario para llevarla a cabo Cuando se determina la factibilidad operativa, se busca determinar la posibilidad de que el proyecto sea de utilidad para la población; el diseño del sistema de potencia reactiva, basado en banco de condensadores para mejorar el factor de potencia en el sistema de ventilación forzada y extractores del edificio Parque Cristal, permite que los costos por facturación mejoren, así cada miembro o inquilino del edificio pague menos dinero por el costo del mantenimiento de esta área.

Estudio de impacto ambiental El diseño del sistema de potencia reactiva, basado en banco de condensadores no tiene impacto ambiental, ya que no genera ningún tipo emisión de gas a la atmosfera.

125

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones Al terminar el proceso del Trabajo Especial de Grado, se obtuvieron las siguientes conclusiones. Se puede concluir que el proyecto especial de grado es viable, como quedó demostrado en el análisis de alternativa y solución. La inversión que requiere el condominio de Parque Cristal es alta, pero con el transcurrir de los años esta inversión será recuperada ya que los costes por facturación eléctrica serán adecuados, sin multas y que el departamento de mantenimiento del edificio realizara chequeos mensuales con el personal a cargo al banco de condensadores para garantizar así su operatividad los 365 días del año. El banco de condensadores automático es la mejor manera de proteger el patrimonio del condominio, ya que en todo momento de acuerdo a la variación de cargas el banco adoptara la corrección necesaria para mantener el factor de potencia en el valor deseado 0,98. La justificación del proyecto representa la contribución al ahorro energético establecido por el ministerio del poder popular para la energía eléctrica.

126

Recomendaciones Antes de elegir un sistema de potencia reactiva, basada en banco de condensadores automático se debe tener en cuenta que el levantamiento de información es una de las etapas más importante en el desarrollo del proyecto. Los cálculos deben ser adecuados con el fin de garantizar la operatividad del banco de condensadores automáticos referente a protecciones, calibre de conductores, etc. Todo en cumplimiento por lo establecido por el código eléctrico nacional. Antes de manipular un banco de condensadores en funcionamiento se debe tomar las precauciones de higiene y seguridad industrial. El mantenimiento programado es de vital importancia, el equipo debe realizarse mantenimiento en condición de apagado con la finalidad de medir los condensadores, protecciones, limpieza y torque de tornillería implicada en unión de barras y terminales.

127

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129

ANEXOS

130

Anexo A: Resultados de la encuesta

131

Resultado de la encuesta Cuadro 6: Encuesta realizada al personal de ingeniería de la administración del edifico Parque Cristal

N°

Preguntas

Si

1

¿Cree Ud. necesario el sistema de potencia reactiva para mejorar el factor de potencia en el edificio Parque Cristal?

No

¿Considera Ud. que el sistema de potencia reactiva debe ser implementado en las aéreas mas criticas del edificio? ¿Cree Ud. Que la solución del problema en las zonas criticas se verá 3 reflejado en la mitigación de costos de facturación eléctrica por parte de la empresa de suministro eléctrico? ¿Considera Ud. Que la administración del edificio apruebe el 4 proyecto de instalación del sistema de potencia reactiva, basado en banco de condensadores? 2

Fuente: León F (2014). Cuadro 7: Ficha técnica de la encuesta.

Fernando León

Persona que realiza la encuesta Lugar

Edificio Parque Cristal, Chacao

Fecha

10/11/2014 Persona a persona

Forma de implementación Número de preguntas

4

Población

13

Muestra

13

Confiabilidad

99%

Error

1% Aleatoria

Tipo de muestreo Fuente: León F (2014).

Luego de la recopilación de datos formulada por la encuesta, se puede observar como la población de ingenieros y técnicos con respecto a las preguntas enunciadas en la ficha técnica, están de acuerdo el 100% donde todos conocen la problemática del tema y la solución de la misma, que al final concluyen con unanimidad y pasar a manos al departamento de compras y finanzas el proyecto para que se lleve a cabo. 132

Anexo B: Diagrama unifilar sistema de ventilación forzada

133

Figura 17: Diagrama unifilar sistema de extractores y ventiladores


134

Anexo C: Graficas de mediciones con el registrador Amprobe

135

Gráfica 13: Curva corriente Vs tiempo


136

Gráfica 14: Curva tensión Vs. tiempo

Fuente: Fernando León (2014) Gráfica 15: Curva potencia activa Vs. tiempo


137

Gráfica 16: Curva potencia reactiva inducida Vs. tiempo

Fuente: Fernando León (2014) Gráfica 17: Curva potencia aparente V. tiempo


138

Gráfica 18: Curva factor de potencia Vs. tiempo


139

Anexo D: Imágenes del banco de capacitores automático instalado en Parque cristal

140

Fotografía 1: Protección principal del banco capacitivo

141

Fotografía 2: Conexión del supervisor Circutor Computer

142

Fotografía 3: Transformador de corriente 700A

143

Fotografía 4: Banco Capacitor

144

Fotografía 5: Vista de instalación del controlador automático de corrección de factor de potencia

145

Fotografía 6: Vista del interruptor principal de cargas(sistema de extracción y ventilación

146

Fotografía 7: Vista del motor Ventilador.

147

RESUMEN DEL CURRICULUM VITAE

148

F E RNANDO JAVI E R LE ÓN CONQUI STA DATOS PERSONALES

Dirección: Calle Argentina Res La Piedra Apt 42 Guarenas Teléfonos: (0212)2434421 / (0416)3769492 Correo: [email protected] Fecha de Nacimiento: 24/07/1979 Lugar de Nacimiento: Caracas, DC. Estado civil: Soltero C.I: V- 14.165.566

E DUCACI ÓN SUPE RI OR Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño 2015 (10mo Semestre) de

Ingeniería Eléctrica. Instituto Universitario de Tecnología del Oeste Mariscal Sucre. Caracas. (1998-2002) Título obtenido: Técnico superior universitario en Mantenimiento de

Equipos Eléctricos.

EDUCACIÓN BÁSI CA Y MEDIA DI VERSIF I CADA Unidad Educativa Colegio Dulce Nombre de Jesús Petare (1986-1997). Título de: Bachiller Mención Ciencias.

CURSOS RE ALI ZADOS. Asistente administrativo. Oficinista bancario.

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TEG Diseño de Sistema de Potencia Reactiva

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