10.El Mundo de la Eficiencia Energética

El mundo de la eficiencia energética 251

La erosión eléctrica, análisis del problema.

Daños causados al rodamiento.

La erosión eléctrica provoca daños gravesal rodamiento y el fallo prematuro del mismo,reduciendo notablemente su vida.

La aparición de microcráteres en las pistasde rodadura es la primera fase de la erosión,aunque todavía no es visible al ojo humano.

Estos continuos chispazos que crean loscráteres terminan por eliminar cierta cantidadde material de los elementos rodantes y suspistas de rodadura.

Estos restos de material se desintegrandebido a la elevada temperatura que seproduce durante el arco eléctrico.

En esta fase los cráteres pueden llegar aser de mayor tamaño, pudiéndose detectarcon un simple vistazo.

Estos grandes cráteres se denominanp icaduras e léc t r i cas y aparecenprincipalmente en los motores de corrientecontinua.

La segunda de las fases que aparecen enel proceso de la erosión eléctrica es ladenominada formación de estrías, durantela cual, aparecen pequeños segmentosparalelos de un color grisáceo sobre laspropias pistas de rodadura.

Estas marcas son resultado del estrésmecánico que los elementos rodantes ejercenal rodar sobre los microcráteres.

Esta es ya una fase crítica para el motoreléctrico y puede ser detectada gracias a unanálisis de las vibraciones que comienzan aaparecer y que indicarán que será necesariocambiar el rodamiento en un plazo muy breve.

En la última de sus fases, la erosióneléctrica provoca la descomposición ydegradación del lubricante.

El ennegrecimiento de la grasa es unaclara señal de este efecto, ya que los picosde temperatura provocados por los arcos decorriente alteran la estructura molecular delaceite base, el espesante y los aditivos queconforman la grasa.

La solución.

En condiciones normales, el lubricante seencarga de separar los elementos rodantesde las pistas de rodadura, reduciendo elcoeficiente de fricción.

Tal y como hemos explicado, la lámina delubricante actúa en este caso como uncondensador.

Cada vez que este condensador sedescarga, genera un paso de corriente dealta frecuencia en el rodamiento.

Estas rápidas descargas generanmodificaciones del campo magnético que segenera alrededor del rodamiento.

Un fabricante de rodamientos detectóestas variaciones y desarrolló un equipocapaz de aislar esta banda de frecuenciasy contabilizar el número de picos queocurren en un per iodo de t iempodeterminado por el usuario.

El detector es capaz de advertir estasmodificaciones del campo magnético ycontabilizar las descargas eléctricas quepasan por el rodamiento, haciendo posibledetectar la erosión eléctrica desde la primerade sus fases.

252

Energía Reactiva y Armónicos.

El mundo de la eficiencia energética

Bobina de Tesla.

El mundo de la eficiencia energética 253

Energía reactiva y armónicos

Antes de continuar vamos a comentar, a título de anécdota, un episodio de lahistoria de la electricidad que tiene un nombre propio: "La guerra de las corrientes".

Está íntimamente ligado a este tema y servirá, sobre todo, para justificar laexistencia de la corriente alterna y por ende de la energía reactiva.

ENERGÍA REACTIVA Y ARMÓNICOS

Parte del texto que aparece a continuación se basa en el blog titulado "Quinto armónico.es".

ANECDOTARIO:

Fig. 310. El recorrido de la corriente alterna.

La Lucha entre Edison y Tesla por imponer su estándar de electricidad.La guerra de las corrientes.

Fig. 311. The current war

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La guerra de las corrientes

“La electricidad era la palabra mágicaa fines del siglo XIX. Desde lastentativas iniciales de BenjaminFranklin o de Michael Faraday hastala tecnología del telégrafo, lasaplicaciones de la electricidad hancrecido rápida y continuamente.

Fue la primera instalación eléctricacomercial del mundo y aunque erauna planta enorme para su época,podía produci r y d is t r ibu i relectricidad a sólo 330 habitantesde Manhattan.

Edison logró que su lámpara defilamento de carbono permanecieraencendida en Nueva York durantedos días.

Es el inicio de la era de la iluminacióneléctrica.

La demanda de electricidad prontocondujo al deseo de construircentrales eléctricas más grandes yde llevar la energía a mayoresdistancias.

Además, la rápida distribución demotores eléctricos industrialesprovocó una fuerte demanda por unvoltaje diferente a los 110 V usadospara la iluminación.

En 1884, el joven Nikola Tesla emigróa Norte América procedente deEuropa, con unos pocos centavosen los bolsillos, y un puñado debuenas ideas para mejorar elestándar de electricidad que seutilizaba en aquel entonces en losEstados Unidos y que había ideadoThomas Alva Edison.


Fig. 312. Exposición mundial de París 1881

Después de la Exposición Mundial deParís en 1881 y de la presentación dela lámpara de Edison, los nuevos sis-temas de iluminación eléctricos seconvirtieron en el logro tecnológicomás importante del mundo.

La electricidad podía sustituir el vaporpara hacer funcionar los motores.

Era una segunda revolución industrialy, en ciudades europeas y america-nas, las centrales eléctricas se mul-tiplicaban basadas en el diseño dePearl Street, la central que Edisonfundó en 1882 en Nueva York.

Fig. 313. Central de Peral Street

Fig. 314. Tesla y Edison.

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En Nueva York comenzó casi deinmediato a trabajar en loslaboratorios de Edison en dondeterminó de desarrollar muchos delos trabajos sobre los que el máximoinventor norteamericano trabajabahacia muchos años.

La capacidad inventiva de Tesla ylos celos profesionales de Edisonhicieron que la relación entre ambosterminara con el despido de Tesla.

Pero Tesla no se rindió y comenzóa juntar fondos para montar su propiolaboratorio.

Allí desarrolló el primer sistema decorriente alterna (CA), una formamucho más sencilla y segura deutilizar la electricidad que el sistemautilizado por Edison.

Sin embargo, sus buenas intencionesy sus conocimientos sobre camposmecánicos, sobre física y matemáticas,pronto chocaron contra los deseos yambiciones de Edison, que emprendió

Fig. 315. La guerra de las corrientes.

una lucha para demostrar lapeligrosidad de la corriente alternay seguir así manteniendo la corrientecontinua como único flujo quecorriera por las líneas eléctricas delas urbes.

Aquel duelo de corrientes seresolvería ante los millones depersonas que se congregaron paraver con sus propios ojos la nuevaelectricidad de Tesla durante lainauguración de la ExposiciónUniversal de Chicago de 1893.

Por eso, cuando el presidente delos Estados Unidos, GroverCleveland, pulsó un botón y 100.000bombillas incandescentes iluminaronaquel espacio, el público prorrumpióen un aplauso entusiasta.

Ya no quedaba duda alguna, lacorriente alterna se había impuestosobre la continua y se convertiría enla energía de consumo masivo delsiglo XX.

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Antes de la guerra.

Aquella lucha de dos corrientes habíacomenzado mucho antes, en 1879,cuando Thomas Alva Edison habíapresentado públicamente su últimoinvento, la bombilla incandescente.

La bombilla incandescente,inventada por Edison en 1878.

Como quería que aquel ingenio seinstaurara en todos los hogares delpaís, comenzó a trabajar en un nuevosistema que permitiera suministrarenergía para iluminar América.

Tras ocho años de pruebas yexperimentos, dio con una solución:la corriente continua, que sustituyóal vapor como fuente de energía.

Los norteamericanos acogieronrápidamente y con los brazosabiertos, la idea de Edison, que yagozaba de cierta popularidad porsus anteriores inventos, aunquepronto comenzaron a percatarse delos numerosos problemas einconvenientes que presentaba.

La energía sólo fluía en una soladirección y los cables se derretían alpaso de la corriente.

El sistema no permitía realizartransmisiones de energía a distanciassuperiores a uno o dos kilómetros,por lo que se tenían que instalarnumerosos generadores por laciudad.

Y como tampoco se podíatransformar el voltaje, se necesitabanlíneas eléctricas separadas parapoder proporcionar energía a lasindustrias y también a los hogaresde forma eficiente, segura yeconómica.

El resultado fue que el cielo de NuevaYork quedó sembrado de gruesoscables de cobre que le conferían unaimagen de urbe atrapada en unagran tela de araña eléctrica.

Fig. 316. Los cables de Nueva York en 1888.

Pero eso no era lo peor, sino la pocaseguridad que ofrecía el sistema deEdison.

Que Nueva York estuviera cableadapor completo resultaba peligroso,como quedó de relieve durante elepisodio del Gran Huracán Blancoque sepultó la ciudad en 1888.

Los vientos brutales que azotaron laciudad rompieron muchos de loscables que cayeron sobre losciudadanos que corrían de un sitioa otro buscando refugio.

En aquella tragedia, murieron másde 400 personas, buena parte deellas, electrocutadas.

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Corriente continua y corrientealterna.

El sistema de Edison, que utilizabala corriente continua (CC), era pocoadecuado para responder a estasnuevas demandas.

El problema del transporte era aúnmás difícil, puesto que la transmisióninterurbana de grandes cantidadesde CC en 110 voltios era muycostosa y sufría enormes pérdidaspor disipación en forma de calor.

En 1886, George Westinghouse, unrico empresario recién llegadoal negocio eléctr ico, fundóWestinghouse Electric para competircon General Electric de Edison.

El esfuerzo de la primera se basó endesarrollar los descubrimientos ylas patentes de Nikola Tesla,apasionadamente convencido de lasuperioridad de la corriente alterna(CA).

Su argumento se basaba en que laspérdidas en la transmisión deelectricidad dependen del voltaje: amayor voltaje, menores pérdidas.

Y a diferencia de la CC, el voltaje dela CA se puede elevar con untransformador para ser transportadolargas distancias con pocas pérdidasen forma de calor.

Y antes de proveer energía a losclientes, el voltaje se puede reducira niveles seguros y económicos.

Su pelea con Edison y sus intentospor pasar por encima de las reglasdel capitalismo mercantilista leva l ieron e l oprobio de losempresarios y la ignorancia activade los funcionarios del país queadoptó como suyo en 1891.

Tesla frente a Edison.

Con 28 años, Nikola Tesla llegó aNueva York en 1884 con una cartade recomendación en el bolsillopara Thomas Alva Edison que habíaescrito uno de los socios de ésteen Europa.

"Querido Mr. Edison: conozco a dosgrandes hombres y usted es uno deellos. El otro es éste joven".

A pesar de que a Edison no le causóbuena impresión, decidió contratarlo.

La primera tarea que le encargó fueque hallara una forma para mejorarsu sistema de corriente continua.

Si lo conseguía, le dijo, le recompensaríacon 50.000 dólares. Sin embargo, alpoco de trabajar juntos, las diferenciasentre ambos hombres comenzaron aprovocar conflictos.

Edison carecía de una educaciónformal y todos sus inventos sebasaban en un método empírico deensayo, de prueba y error; mientrasque Tesla poseía una sólidaformación en matemát icas,mecánica, física e ingeniería y eracapaz de resolver mentalmente losproblemas técnicos que surgían sinnecesidad de recurrir a realizarexperimentos, lo que sacaba dequicio a Edison.

Quizás por eso, cuando Tesla sepresentó ante él un año después yle anunció que había dado con unasolución a su problema, Edison nodaba crédito a sus oídos y desdeñóla propuesta.

El joven había diseñado un sistema degeneración y transmisión de corrientea l te r na que pe rmi t í a queel voltaje se elevara con untransformador antes de transportarsea largas distancias y, una vez en destino,

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reducirse para proporcionar energíade forma eficiente, segura yeconómica.

Aquella solución presentaba muchasventajas frente a la corriente continuade Edison, pero éste, lejos dereconocerlas, menospreció a Teslay se negó a pagarle la recompensaprometida alegando que había sidotan sólo una broma americana.

"Tesla, no entiendes el sentido delhumor americano", le espetó.

Furioso y decepcionado, el joveninventor dimitió.

Pero Tesla comenzaba a serconocido y muchos inversores seinteresaron en financiar sus trabajos,como AK Brown, que le proporcionófondos para que diseñara un motorde corriente alterna.

O la Western Union Company, queapoyó económicamente suinvestigación sobre generación ytransporte de corriente alterna alargas distancias.

Fue entonces cuando GeorgeWestinghouse, inventor de los frenosde aire para trenes y propietario dela compañía The WestinghouseCorporation, se percató del enormepotencial de aquel muchacho y lepropuso un trato: comprarle susistema de corriente alterna.

La comercialización de aquel nuevosistema de energía supuso el iniciode la guerra de corrientes queenfrentó durante casi una década aThomas Alva Edison y la GeneralElectric con Nikola Tesla y laWestinghouse Corporation.

En un intento de mantener sumonopolio, Edison emprendió unacampaña de d i famac ión ydesprestigio de la corriente alterna.Llenó la ciudad de carteles queadvertían a los ciudadanos de lospeligros que suponía y se dedicó aelectrocutar en público -concorriente alterna- a perros y caballospara demostrar así su pocaseguridad.

Extendió una serie de historias falsassobre acc identes mor ta lesprovocados por la invención de Teslae incluso llegó a impulsar, aunqueinvoluntariamente, la silla eléctrica,que se obsesionó en querer asociarcon la corriente de Tesla.

Edison estaba conmovido por laaparición de la tecnología de Tesla,que amenazaba sus intereses en uncampo que él mismo había creado.

Edison y West inghouse seenfrentaron en una batalla derelaciones públicas a los que losperiódicos denominaron "la guerrade las corrientes", para determinarqué sistema se convertiría en latecnología dominante.

Edison inventó una silla eléctrica deCA y electrocutó a perros y gatospara demostrar que la corrientealterna era peligrosa.

Para neutralizar esta iniciativa, Teslase expuso a una CA que atravesó sucuerpo sin causarle ningún daño.

Fig. 317. George Westinghouse

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Además, ambos sistemas seexhibieron durante la exposición.Tesla, un hombretón de casi dosmetros de altura, ataviado con abrigonegro y bombín, demostró una y otravez la belleza y el poder de sucorriente alterna mediante unespectáculo en el que conseguíaque le saltaran chispas de los dedos.

Tesla y su corriente alterna.

Edison, claro está, también realizóuna demostración de su corriente,aunque con peor fortuna.

Fig. 318. Tesla expuesto a los rayos.

Ante esta prueba, Edison nada pudohacer y su prest igio quedómomentáneamente erosionado.

Tesla vence a Edison.

Tras meses de batalla, aquelenfrentamiento llegó a su fin con laExposición Universal de Chicago de1893, que se celebró de mayo aoctubre y que tuvo una granrepercusión internacional, puestoque participaron 19 países y por ellapasaron más de 27 millones depersonas.

Los organizadores buscaban unafórmula para iluminar el recinto yrecurrieron a Edison y a Tesla.

El primero les propuso su sistemade corriente continua y les pidió unmillón de dólares para implementarlo.

En cambio, Tesla, con su corrientealterna, les presentó un presupuestoque ascendía a la mitad de esacantidad y que, además, libraba a laFeria del enjambre de cables quesuponía la opción de Edison.

La victoria estaba, pues, clara, y lasuperioridad de la corriente alternahabía quedado demostrada.

Fig. 319. La feria de Chicago 1892-1893

La feria de Chicago de noche. 1892-1893. He aquí el primer espacioabierto que se iluminó con luzeléctrica.

Todo un mérito de Tesla.

Tres años más tarde, Buffalo seconvirtió en la primera ciudad de losEstados Unidos que quedó iluminadapor la corriente de Tesla, despuésde que la Westinghouse Corporationinstalara una central hidroeléctricaen las cataratas del Niágara capazde enviar energía hasta 32 km dedistancia.

A partir de ese momento, secomenzó a reemplazar la corrientecontinua como estándar, aunquealgunas ciudades siguieron utilizandoel sistema de Edison hasta bienentrado el siglo XX, como Helsinki,donde estuvo operativo hasta losaños 40, o Estocolmo, hasta los 60.

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En Nueva York, la compañía deEdison continuó proporcionandoenergía a muchos clientes quehabían adoptado el sistema decorriente continua a comienzos desiglo, sobre todo hoteles que laempleaban para hacer funcionar susascensores.

Fue el final de la "guerra de lascorrientes" porque la CA acabaríaimponiéndose en todo el mundo.

Fig. 320. Tesla.

Fig. 321. Un cartel que se instalaba en los hotelesde aquella época.

En enero de 1998, la central deNueva York que había fundadoEdison a comienzos de siglo aúnsuministraba energía a 4600personas, una cifra que se redujo,en 2006, a 60 clientes, hasta que,en 2007, la central hizo su últimatransmisión de corriente continua.

A Tesla le gustaba decir: "el presentees suyo, el futuro es mío". Y así fue.

“Su corriente alterna ilumina elmundo."

Fig. 322. La traducción del cartel que se instalaba enlos hoteles de aquella época.

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La potencia eléctrica (P)

Hemos podido comprobar en "la guerra delas corrientes" que, pese a todo el empeñode Edison, la corriente continua no tuvo futurocomo suministro a distancia.

No se podía, aprovechando el efectotransformador, elevar o hacer descender latensión.

En estas c i rcunstancias cedió suprotagonismo a la corriente alterna.

No queremos decir que la corriente continuano lo tenga (protagonismo), lo que ocurre esque ésta última está más vinculada a otrosámbitos, como son la electrónica, lainformática, la radio, la televisión, etc.

La corriente continua es más fácil decomprender y sus circuitos son más fácilesde calcular.

La corriente alterna tiene su aquel, como, porejemplo, el fenómeno de la energía reactiva.

La potencia eléctrica (P).

La potencia eléctrica es la capacidad quetiene la electricidad de producir un trabajo ode transformar la energía en un tiempo dado.

Se define por la siguiente expresión:


P = V • I

En el sistema internacional, la unidad depotencia es el vatio (W) y se cumple la siguienterelación:

1 W = 1 A x 1 V

1 (kW) kilovatio = 1.000 vatios (Ejemplo: Fuerzamotriz en general, planchas, etc.).

1 (MW) megavatio = 1.000 vatios (Ejemplo:Plantas industriales, ciudades).

Los niveles de potencia con los cuales setrabaja normalmente son del orden de 150kW para pequeñas plantas industriales y porencima de 1 MW las grandes instalaciones.

La Energía Eléctrica (E).

La energía eléctrica (E) es la forma más versátilde las energías manejadas por el hombre.

Se define como el trabajo que puede realizaruna potencia eléctrica dada, en un tiempo dado.

La energía eléctrica se mide en julios (J), sinembargo en el campo de la electricidad sesuele utilizar el kWh (kilovatio hora). Y estaunidad es la que aparece en las facturas dela empresa eléctrica.

1 kWh = 3,6 Megajulios

Diferencias físicas entre la corrientecontinua y la corriente alterna.

La corriente continua es aquella cuyo valory sentido son constantes (no cambian en eltiempo).

En el siguiente gráfico, se puede ver larepresentación gráfica de la corriente continua,por ejemplo de una corriente de 10 A.

Fig. 323. Corriente continua.

Por lo tanto, una corriente continua seproduce en un circuito cuando se aplica unafuente de tensión continua a este circuito,por ejemplo una batería de auto o un panelfotovoltaico que alimenta unas lámparasincandescentes.

En corriente continua la potencia de uncircuito se obtiene simplemente multiplicandola tensión aplicada al circuito por la intensidadque circula.

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Diferencias físicas entre la corriente continua y la corriente alterna.


La corriente alterna es aquella cuyo valor ysentido cambian en el tiempo de formaperiódica.

En el caso de la corriente usada industrial-mente, la gráfica obtenida tiene la forma deuna onda sinusoidal.

P = W

W = V • I

Fig. 324. Corriente alterna.

Cuando en alterna manejamos un circuitocomo una plancha, un radiador, un secadorde pelo, o sea, resistencias puras, ocurre losiguiente:

Fig. 325. Ondas en fase.

Vemos que la tensión e intensidad están enfase (aunque no necesariamente deben tenerla misma amplitud).

Pero... si en el circuito aparecen bobinas,ocurre...

Fig. 326. Onda de intensidad retrasada.

Que traducido a un idioma coloquialsignifica que la intensidad se retrasa de latensión, o dicho de otra forma, que seopone a su avance.

Y si tiene algún condensador...

Fig. 327. Onda de tensión retrasada.

Ocurre lo contrario, que es la tensión la quese retrasa.

Por lo tanto ya podemos imaginar que si enun circuito donde predomina una inductancia,colocásemos un condensador apropiado,podemos volver a:

90º

0º

90º

0º

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Fig. 328. Ondas en fase.

Cuando en un circuito de corriente alternaconviven bobinas y condensadores, lapotencia ya no es V x I, porque interviene eldesfase entre el voltaje y la intensidad.

P = V • I • cos ϕ

Ahora estamos hablando de vectores, vectortensión, vector intensidad.

Fig. 329 Componentes activa y reactiva de la intensidad.Arriba es inductivo y abajo es capacitivo.

Pero ¿qué es lo habitual de un circuito?

¿Sólo resistencias o bobinas o condensadores?

Lo habitual es una mezcla de todos.

Fig. 330. Transformador.

Fig. 331. Motor.

Fig. 332. Luminaria fluorescente con reactancias.

La energía reactiva es la demanda extra deenergía que algunos equipos de carácterinductivo como motores, transformadores,luminarias y líneas eléctricas (caráctercapacitivo), producen en su funcionamiento.

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Esta energía "extra" puede descompensarun sistema eléctrico ya que afectadirectamente al factor de potencia del mismo,porque a mayor energía reactiva en el sistemamenor será el factor de potencia.

La mayor parte de las cargas industrialesproducen este tipo de energía, conjuntamentecon la energía activa.

Los efectos negativos de la energía reactivao que se derivan de su consumo son:

1. Costes económicos reflejados en lasfacturas eléctricas.

2. Pérdida de potencia de las instalaciones.

3. Caídas de tensión que perjudican el normalfuncionamiento de las instalaciones.

4. Transformadores más recargados.

Podemos visualizar la situación medianteuna analogía mecánica en la siguiente figura,imaginemos un carrito de tren que es tiradopor una cuerda que no esta alineada con ladirección del tren, sino que forma un ánguloϕ con ella, debido a esto ocurre lo siguiente:

Fig. 333. Símil de las tres potencias.

Dicho valor es muy próximo a launidad, que es el valor que nosindica que las pérdidas de lainstalación debidas a la energíareactiva son nulas.

* Si la potencia reactiva, inductivaen este caso, fuese de 250 kVArtendríamos una potencia aparentede 964,24 kVA y un cos ϕ de 0,96,que ya sería un valor a tener encuenta de cara a la facturación dela compañía eléctrica.

P o n g a m o s u nejemplo:

* Una instalación parael suministro de unapequeña industria de1000 kVA, en la queexisten varias cargasreactivas debidas altransformador de

potencia, a los motores de consumo, ala línea eléctrica de reparto en bajatensión.

Las cargas reactivas inductivas(transformador y motores) siempre seránmucho mayores que las cargascapacitas (línea eléctrica de reparto enBaja Tensión), siendo el valor de laenergía reactiva inductiva 100 kVAr.

Por este motivo la potencia aparenteserá de 994,98 kVA.

* El factor de potencia (que es igualal cos ϕ si no tenemos en cuenta losposibles armónicos existentes en lainstalación) tendrá un valor de 0,99.

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La potencia activa (P) contribuye efectivamenteal movimiento del carro.

La potencia reactiva (Q) solamente tiende apegarlo contra el riel y utiliza parte de lacapacidad del que esta tirando de la cuerda,en forma inútil.

La potencia aparente (S) representa lacapacidad total que se usa tirando de la cuerda.

El ángulo ϕ es el ángulo de desfase que existeentre la tensión que se aplica a un consumidory la corriente que este consume. Observemosque cuanto mayor es el ángulo ϕ menoseficientemente se utiliza la capacidad de lafuente.

Las potencias se calculan mediante lassiguientes expresiones:

S = U.I ; P = S. cosϕ = U.I.cosϕ

Q = S.senϕ = U.I.senϕ

Donde:

S = Potencia aparente, en voltio amperios (VA)

P = Potencia útil o potencia activa, en vatios(W)

Q = Potencia reactiva, en voltio amperiosreactivos (VAR)

U = Tensión o voltaje aplicado a la carga, envoltios (V)

I = Corriente consumida por la carga, enamperios (A)

ϕ = Ángulo de desfase entre la tensión y lacorriente con signo cambiado.

Las potencias se expresan en kVA, kW o kVAR,solamente lo hacen en vatios aquellas quetienen un valor muy pequeño.

En estas expresiones se puede observar, quela tensión o voltaje es una constante, porejemplo 230 V ó 400 V, en cambio la magnitudde la corriente representa la energía que setransporta de la fuente al consumidor y que deacuerdo a la magnitud del ángulo ϕ se reparteen forma de potencia activa y potencia reactiva.

La energía reactiva provoca sobrecarga en laslíneas de distribución y transporte sin producirun trabajo útil, y por lo tanto es necesariocompensarla para optimizar las instalacioneseléctricas.

Las ventajas de la compensación de energíareactiva, ayudando a obtener ventajaseconómicas y técnicas son:

1. Aumentar la capacidad de las líneas ytransformadores instalados.

2. Mejorar la tensión de la red.

3. Disminuir las pérdidas de energía.

4. Conseguir una reducción en el coste globalde la energía.

En diferentes sectores, se utilizan solucionesque minimizan el impacto derivado delconsumo de este t ipo de energía.Básicamente consisten en la utilización deequipos diseñados para neutralizar la energíareactiva que presentan los sistemas eléctricos.

Un ejemplo claro es la instalación de bateríasde condensadores. Además se pueden utilizarotros mecanismos para realizar seguimientosexhaustivos del consumo de la energíareactiva y poder así realizar accionescorrectoras.

Un ejemplo es la visualización de las curvasde carga de energía reactiva que se puedenobtener directamente del contador de lainstalación y/o analizando la factura eléctrica(según los tipos de contratos).

También es interesante conocer cómofunciona el sistema eléctrico de distribucióny transporte de energía eléctrica, ya que ellonos puede ayudar a comprender losrequerimientos legales que se les exige a losconsumidores en media tensión y/o altatensión, así como a las empresas que generanenergía eléctrica.

Para ello vamos a diferenciar los tres tramosde consumo generales del sistema eléctricoespañol:

Horas punta, horas llano y horas valle.

• Horas punta: Son las horas en las queel consumo del sistema eléctrico seencuentra en su mayor estado de carga,por lo que son las horas en las que lostransformadores y las líneas eléctricas seencuentran prácticamente al 100 % de suestado de carga contratado, no al 100 %de su carga nominal que de diseño puederondar un 40% más de la carga contratada.

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Cuando los transformadores están "muycargados" generan energía reactivainductiva, siendo esta directamenteproporcional al estado de carga deltransformador.

Por otro lado, las líneas eléctricas (aéreaso subterráneas) están también "muycargadas" y en este estado generanenergía reactiva inductiva y energíareactiva capacitiva, ya que estas disponende una componente resistiva e inductivadirectamente proporcional al estado decarga de la línea y una componentecapacitiva fija para cualquier estado dela misma.

"Podemos llegar a la conclusión de queen este tramo el sistema dispondrá de laenergía reactiva capacitiva (fija) de laslíneas y de la energía reactiva inductiva(directamente proporcional al estado decarga ) de las l ínea y de lostransformadores, siendo esta últimamucho mayor y resultando por tanto unsistema inductivo.

La legislación actual prima por ello a losgeneradores eléctricos que inyectenenergía reactiva capacitiva en horas puntapara compensar al sistema eléctricoinductivo".

• Horas llano: Son las horas en las que elconsumo del sistema eléctrico se encuentraa mitad de carga, por lo que son las horasen las que los transformadores y las líneaseléctricas se encuentran prácticamente al50-60 % de su estado de carga contratado.

Cuando los transformadores están "a mitadde carga" generan energía reactivainductiva, siendo esta directamenteproporcional al estado de carga deltransformador.

Por otro lado, las líneas eléctricas (aéreaso subterráneas) están también "a mitad decarga" que en este estado generan energíareactiva inductiva y energía reactivacapacitiva, ya que estas disponen unacomponente resistiva e inductivadirectamente proporcional al estado decarga de la línea y una componentecapacitiva fija para cualquier estado de lamisma una vez está en tensión.

"Llegamos a la conclusión de que en estetramo el sistema dispondrá de la energíareactiva capacitiva (fija) de las líneas y dela energía reactiva inductiva (directamenteproporcional al estado de carga) de laslínea y de los transformadores, siendoesta última algo menor y resultando portanto un sistema casi equilibrado perocapacitivo, aunque con una diferenciarealmente pequeña.

La legislación actual prima por ello a losgeneradores eléctricos que inyectenenergía reactiva inductiva con un cos ϕmuy próximo a la unidad (1) en horasllano para compensar al sistema eléctricocasi equilibrado pero capacitivo".

• Horas valle: Son las horas en las que elconsumo del sistema eléctrico se encuentraen su menor estado de carga, por lo queson las horas en las que los transformadoresy las líneas eléctricas se encuentranprácticamente al 0-10 % de su estado decarga contratado.

Cuando los transformadores están "muypoco cargados" casi no generan energíareactiva inductiva, siendo esta directamenteproporcional al estado de carga deltransformador.

Por otro lado, las líneas eléctricas (aéreaso subterráneas) están también "muy pococargadas" porque en este estado generanmuy poca energía reactiva inductiva y lamisma energía reactiva capacitiva que enlos otros dos casos, ya que estas disponende una componente resistiva e inductivadirectamente proporcional al estado decarga de la línea y una componentecapacitiva fija para cualquier estado de lamisma una vez está en tensión.

"La conclusión es que en este tramo elsistema dispondrá de la energía reactivacapacitiva (fija) de las líneas y de la energíareactiva inductiva casi nula (directamenteproporcional al estado de carga) de laslínea y de los transformadores, resultandopor tanto un sistema capacitivo. Lalegislación actual prima por ello a losgeneradores eléctricos que inyecten energíareactiva inductiva en horas valle paracompensar al sistema eléctrico capacitivo".

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C o n e s t o s epretende dar una ideag e n e r a l s o b re l aimportancia de tenercontrolado el consumode energía reactiva encua lqu ie r s i s temaeléctrico, ya que estepunto es el "caminocrítico" para conseguir

una mayor eficiencia energética (enlo que a energía eléctrica se refiere) encualquier sistema.

Los avances técnicos y tecnológicos denuestra sociedad están haciendo que lascargas de las instalaciones eléctricas cam-bien. Ahora tiene más presencia la electrónicade potencia con variadores, fuentes de ali-mentación, sistemas de alimentación ininte-rrumpida, etc.

Consecuencia:

Se disparan los armónicos.

Pero, realmente, ¿Qué son los armónicos?

E n e l m u n d oindustrializado en el quetrabajamos, sin dudahemos oído alguna vezdecir que una instalacióntiene armónicos, con esetono peyorativo queparece que los armónicossean virus, fantasmas ocualquier otro "ente" que

no se ve, pero que es dañino pornaturaleza.

No es cierto.

Los armónicos no son buenos paralas instalaciones, pero tampoco tienenpor qué ser los causantes de todos losproblemas que las aquejen.

La generación de armónicos por lascargas es algo inherente a los avancestecnológicos que incorporan, cada vezmás, sistemas de electrónica de potencia

Más adelante sabremos más detalles de éstos.

Los motores y transformadores tambiénproliferan y esto hace que el factor depotencia tenga valores cada vez peores yque los niveles de armónicos crezcanexponencialmente.

Cada vez más las distribuidoras deelectricidad, las empresas y todos losimplicados en la calidad de la red sepreocupan más por controlar y mitigar losefectos de estas distorsiones.

Se requiere a los diseñadores de máquinas,de otros equipos y de los sistemas eléctricosque mejoren las prestaciones de sus diseñosen materia de ahorro energético ydisponibilidad eléctrica. Es en este contextoen el que la corrección de estas distorsionestoma una real importancia.

El diseño de medidas correctoras para evitarniveles altos de armónicos y para mejorar elfactor de potencia es una materia de la quese podrá encontrar múltiples opiniones y enla que hay un cierto oscurantismo, por seralgo sorprendente.

Cualquier solución para una instalación pasapor la corrección conjunta de estos dosfenómenos de la física.

Fig. 334. Una onda fundamental de 50 Hz más armónicosno deseados producidos por la electrónica de potencia,es igual a una onda deformada que ya no es senoidal,

pero sí peligrosa.

compuestos fundamentalmente de tiris-tores, diodos, microprocesadores, varis-tores y condensadores...


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Diferencias entre el cos ϕ y el factor de potencia.


Diferencias entre el cos ϕ y el factorde potencia.

En cierta ocasión escuchamos, sorprendidos,el siguiente comentario:

"Algunos países están comenzando apenalizar, en el recibo eléctrico, por el factorde potencia y no por el cos ϕ".

Lo curioso fue saber que estos países noeran ni Suecia, ni Japón, ni Dinamarca, sinolos países en vías de desarrollo (Brasil, Chile,India,...), para así conseguir mayor eficienciaen su, masificado, sistema de distribución.

Conviene aclarar la diferencia entre ambosconceptos y por qué si las compañíaspenalizasen o bonificasen midiendo el FP seconseguiría un sistema de distribución mejor.

Primero hay que repetir que la potenciaeléctrica (potencia aparente (S)) es unamagnitud, matemáticamente hablando,compleja, resultante de la suma de otras doscomponentes vectoriales: la potencia activa(P) y la reactiva (Q)

Fig.335. Triángulo de las potencias.

Cabe destacar, que la penalización, enEspaña, de valores bajos del cos ϕ atiendea la necesidad de reducir la potencia reactiva.

Ahora hablaremos del por qué de esanecesidad de compensar y reducir la potenciareactiva.

De hecho, como se verá, ni el FP ni el cos ϕson nada, no tienen unidades (metros, kW,kVA,...) ya que simplemente son lacomparación entre dos magnitudes (cuántose parecen dos potencias expresado en tantopor uno) o el coseno de un ángulo.

muy malo excelente

0 10,95

En España, en base al cos ϕ se puedenobtener bonificaciones de 4% sobre lafacturación básica para valores igual a 1 yun recargo del 47% para valores iguales oinferiores a 0,8.

Este recargo, según el Ministerio, es enconcepto de energía reactiva.

El cos ϕ (coseno de ϕ) no es más que elcoseno del ángulo ϕ que forman la potenciaactiva (P) y la aparente (S) en el triángulo depotencias tradicional.

Como ya se explicó, en un sistema eléctricode corriente alterna con ondas senoidalesperfectas la descomposición de la potenciaaparente en la suma de dos vectores dacomo resultados un triángulo rectángulo, enel que las componentes se encuentran enlos ejes de los números reales y losimaginarios:

El factor de potencia (FP) es la relación entrelas potencias activa (P) y aparente (S).

Si la onda de corriente alterna esperfectamente senoidal, FP y cos ϕ coinciden.

El factor de potencia (FP), es la figura genéricaque representa el grado de aprovechamientode la energía entregada a una carga. Así porejemplo un FP = 1 señala que toda la energíademandada por la carga genera trabajo útil,y está determinado según la relación:

En el caso particular de cargas eléctricasque no generan deformación en lacorriente, entendiéndose por deformaciónal contenido armónico, el factor depotencia (FP) se puede determinar, comoya hemos visto, calculando el coseno delángulo entre el vector de potencia activay potencia aparente tal como muestra lafigura 336.

FP = Potencia activaPotencia aparente

269



Fig. 336. Cos ϕ

Conviene observar queen este caso, al no haberdeformación por presenciade armónicos, el esquemavectorial esta contenido enel plano "P-Q".

Si la onda no fueseperfecta S no estaríaúnicamente compuesta

por P y Q, sino que aparecería unatercera componente suma de todas laspotencias que genera la distorsión.

A esta componente de distorsiónle llamaremos D.

Fig. 337. Aparece la distorsión.

En la figura 337 se observa este tipo derepresentación.

Nótese que con la aparición de la potenciade deformación el vector de potenciaaparente S, que sin contenido armónicoestaba contenido en el plano "P-Q", ahorase encuentra desplazado por la potencia dedeformación con tres proyecciones en losejes P, Q y D.

Éste nuevo vector de potencia aparente sedenomina potencia aparente total (U).

Queda claro por qué U es igual a la potenciaaparente (S), solo en el caso en que lapotencia de distorsión (D) sea nula.

Es decir, cuando el FP se puede obtenercalculando sólo el cos ϕ.

El vector D es la potencia de distorsión yrepresenta a la potencia de pérdidas asociadaa las componentes armónicas de corrientesque no encuentran su par en la señal detensión.

Esto ocurre cuando la carga es del tipo nolineal como por ejemplo una carga resistivacontrolada por un tiristor.

El uso indiscriminado en la jerga eléctricadel termino "factor de potencia" o "cos ϕ",seguramente obedece a la tradición, cuandolas cargas eran preponderantemente linealesy las corrientes de carga no conteníandeformación.

En esas condiciones, hablar de un valor defactor de potencia o de cos ϕ, representabalo mismo.

Contrariamente, cuando las corrientes decarga están deformadas, debe tenerseespecial cuidado en la interpretación delvalor de factor de potencia medido, paraevitar el riesgo de caer en males mayores.

Las cargas de tipo "no lineal" generancorrientes de deformación, en particular, loscontroladores activos como los componentesde estado sólido (Tiristores, Triacs, etc.).

Debe advertirse que en presencia de estetipo de carga, no basta con medir el valordel factor de potencia, sino que es necesariomedir el cos ϕ para conocer la característicade la carga.

Un mal factor de potencia puede serconsecuencia del desfasaje entre tensión ycorriente, pero también puede deberse a lapresencia de armónicos en la corriente.

270



Por lo tanto, si no se conoce con precisióncomo contribuyen en el factor de potenciaestas dos componentes, se hace difícil poderacertar en el adecuado tratamiento paraoptimizar el rendimiento de la energía sobrela carga.

En ocasiones se comete el error de querercorregir un bajo valor de FP instalandocondensadores de compensación sobre lacarga. Y lo único que se logra gastar dineropara empeorar las cosas por cuanto elbajo valor de FP se debe a deformación yno al desfase.

La figura 338 muestra un ejemplo de unacarga preponderantemente inductiva quedetermina un factor de potencia bajo,supongamos FP = 0,7, pero que puede sercompensado agregando una componentecapacitiva (figura 339) a la carga hasta reducirel ángulo de desfase a cero, con lo cual elfactor de potencia será el óptimo.

Veamos ahora este otro ejemplo (figura 340),donde se aplica un control de carga con untriac sobre la resistencia de un horno.

Si el resultado de la medición del factor depotencia se asume sin conocer el tipo ocaracterística de la carga (caja gris), se puedeincurrir (figura 341) en una compensacióndesfavorable.

La representación vectorial en 3 ejes de lafigura 342 ayuda a interpretar por qué lapotencia aparente U se aparta del "plano P-Q", a medida que aumenta la potencia dedeformación D.

Fig.338. Carga inductiva.

Fig. 339. Inductiva compensada.

Fig. 340. Circuito con triac.

Fig. 341. Surgen los armónicos.

Fig. 342. Analizando la deformación.

271



Supongamos que en la instalación hay unatasa de distorsión armónica (THD) alta debidoa que hay corrientes armónicas.

THD es la relación en tanto por ciento entrela corriente o tensión fundamental y ladistorsionada.

Estas corrientes armónicas, junto con latensión a la que está sometido el conductorpor el que fluyen da como resultado unapotencia, que si fuese ésta la única distorsiónen la instalación, su valor se corresponderíacon el total de las distorsiones D.Gráficamente se vería como ya lo hemosvisto en la figura 337, que repetimos:

Fig. 337. Observando el FP.

Si atendemos a la cara anterior del prismavemos el triángulo rectángulo anterior, pero lahipotenusa no es ahora S, sino U, ya que S hade tener en cuenta a D en su composición yen este caso la estamos obviando.

Si prestamos atención al prisma completoveremos dos ángulos ϕ, γ.

Ahora el ángulo importante no es ϕ ya queno tiene en cuenta a D, sino γ.

Atendiendo a la definición de factor depotencia, como la relación entre P y Sobtenemos la siguiente expresión:

Cos ϕ = P / S

FP (γ) = P / U

Como se ha visto FP y cos ϕ son dos términosdistintos y dependen de distintas cosas:

Cos ϕ: Sólo depende de las potencias activa(P) y reactiva (Q).

FP(γ): Depende de las potencias activa (P),reactiva (Q) y de las distorsiones (D).

En el caso de que el flujo eléctrico seaperfecto y no haya distorsiones (D = 0) amboscoincidirán.

En países en vías de desarrollo en vez depenalizar por los niveles de reactiva y usarpara medirlo el cos ϕ penalizan por los nivelesde distorsión y de reactiva y para ello usanel FP (γ).

En España con una batería de condensadoresse compensa la reactiva y se puede conseguirhasta una bonificación del 4% en la facturaeléctrica y darse la paradoja de que esainstalación esté exportando distorsiones (porejemplo corrientes armónicas) a la red dedistribución.

En estos países la red de distribución no estátan sobredimensionada y han de sacarla elmáximo partido y para ello quieren que elque la esté ocupando pague por ello.

Se ha explicado qué es el coseno de Fi (cosϕ) y sus diferencias con el factor de potenciaFP, pero para explicar cómo compensar laenergía reactiva hay que tener claro esteconcepto.

El cos ϕ es el coseno del ángulo ϕ que formanla potencia activa (P) y la aparente (S) en eltriángulo de potencias tradicional.

En un sistema eléctrico de corriente alternacon ondas senoidales perfectas, ladescomposición de la potencia aparente enla suma de dos vectores, da como resultadosun triángulo rectángulo, en el que lascomponentes se encuentran en los ejes delos números reales y los imaginarios:

Aplicando el Teorema de Pitágoras y lasrelaciones trigonométricas se obtiene que elcos ϕ sólo depende de las potencias activa(P) y reactiva (Q).

Cos (ϕ) = PS

P

P2 + Q2=

272 El mundo de la eficiencia energética

¿Por qué compensar la reactiva?

¿Por qué compensar la reactiva?

Porque una variación de la potencia reactivahace que los equipos generadores y/otransformadores que abastecen a lainstalación trabajen a un régimen mayor delnecesario.

Además, la administración está penalizando,cada vez más duramente los valores del cosϕ bajos.

Con lo que compensar la energía reactivasupone un ahorro directo en la facturaeléctrica.

¿Quién es el culpable de la reactiva?

La energía reactiva la utilizan los equipos conbobinados para mantener los camposmagnéticos que necesitan para realizar sutrabajo.

Así motores y transformadores son losgrandes consumidores de reactiva.

¿Cómo se compensa la reactiva?

La energía reactiva se compensa instalandocondensadores en paralelo a las cargas"problemáticas".

Así en grandes motores y transformadoresse instalarán condensadores en paraleloconectados solidariamente, de modo quecuando éstos entren en funcionamiento lohagan con su condensador apoyándolos.

En ocasiones no es una carga concreta lacausante del problema, si no que es la sumade todas.

Se descarta compensarcarga a carga por elelevado coste de lai n s t a l a c i ó n , s a l v oreceptores como luminariasque últ imamente secompensan todas.

Fig. 343. Esquema de una batería regulable de condensadores.

A continuación se explicará cómo se calculauna batería de condensadores para unainstalación en marcha o en proyecto, de dosformas distintas: Teórica y empírica.

Más adelante se explicará cuales son lascaracterísticas más importantes de unabatería de condensadores, o sea, qué es loque hay que tener en cuenta a la hora deelegirla.

Cálculo de una instalación proyectada.

Si la instalación no ha funcionado nunca,sólo podremos dimensionar la bateríarealizando una estimación, de modo teórico.

Contabilizando la potencia instalada de cadareceptor y aplicando un coeficiente desimultaneidad.

(En la ITC-BT 10 de la Guía Técnica delReglamento de Baja Tensión encontraremosestos coeficientes y, algunos consejos).

Ahora estimaremos un cos ϕ.

Como norma general se aplicará un cos ϕde 0,8 (tan ϕ = 0,75) a todas las cargas congrandes motores y transformadores, comola maquinaria.

273El mundo de la eficiencia energética

Cálculo instalación en marcha

Se elegirá la batería de condensadores deuna potencia reactiva inmediatamentesuperior a la calculada, teniendo en cuentalos modelos de fabricación.

Cálculo instalación en marcha.

Una instalación en marcha permite hacer elcálculo de dos maneras.

Una teórica y otra práctica o empírica.

Lo aconsejable es hacerlo de las dos ycontrastar.

Además que cada una tiene unas ventajas,que las acercan más al valor más idóneo.

Y un cos ϕ de 0,9 (tan ϕ = 0,48) paraalumbrado y otro tipo de receptores.

Así, se sumará la componente reactiva detodas las cargas:

Qt = P.Fs.Tan(ϕ)Σ

Cálculo práctico.

Se conectan todos los equipos de la instalación.

Todos.

Se ponen a funcionar, a consumir electricidad.

Si la instalación cuenta con máquinas hay queponerlas a trabajar a los niveles altos de energía.

Por ejemplo si se tienen sierras eléctricas hayque hacer que corten, no es suficiente con quegire el disco.

Previo a esto deberá haberse conectado en lacabecera de la instalación un analizador deredes u otro equipo registrador que mida lapotencia activa y reactiva de la instalación.

Cuando se recoja el equipo se revisara cuál hasido la máxima potencia reactiva demandada.

Pensando en la posibilidad de que haya futurasampliaciones que necesiten compensar unareactiva mayor que la medida se elegirá unabatería suficiente para compensarla.

Fig. 344. Factura de energía.

274

Cálculo teórico


Cálculo teórico.

Se necesitarán las facturas eléctricas del últimoaño.

Es necesario un año entero ya que no se utilizanlas instalaciones del mismo modo en inviernoy verano.

La calefacción y/o aire acondicionado, trabajosestacionales (pensemos en una bodega),cambios de horarios (en verano hay muchasempresas que reducen su jornada), etc.... hacenque las necesidades energéticas no seanconstantes a lo largo del año.

Observemos que en las facturas hay tresparámetros que ha registrado el contador encada uno de los periodos: potencia activa (kW),energía activa (kWh) y energía reactiva (kVArh).

Se usarán los tres para el cálculo de la batería.

Como en todos los aspectos de la vida, eltiempo (h: en horas) afecta a todo por igual, y,a las potencias también, por lo que el triángulode potencias mantiene sus proporcionescuando se hace con energías.

Así, ϕ mantiene su valor aunque los catetosdel triángulo sean las energías activa y reactivaen vez de las potencias.

Para calcular la potencia reactiva máxima enla instalación usaremos las relacionestrigonométricas entre dos triángulos rectángulosproporcionales:

Así, se calculará la máxima potencia reactivaen kVAr en cada periodo de cada factura y, setomará como la potencia a compensar lamáxima de todas.

Igual que en los casos anteriores, se tendránen cuenta las potencias estándar de losfabricantes de baterías y, la posibilidad defuturas ampliaciones en la instalación.

¿Qué son los Armónicos?

No pretendemos explicar todas las formasarmónicas existentes, si no sólo las que afectanal servicio eléctrico en baja tensión.

Los armónicos están presentes en todos losaspectos de la vida en los que hay una onda,como por ejemplo en la música (el sonido esuna onda), en los círculos que hace una piedraal caer al agua y en otros muchos sitios.

Decir que en unainstalación hay presenciade armónicos de potencia,significa que la corriente yla tensión se distorsionany desvían de las formassenoidales de la ondaperfecta de 50Hz.

Explicación.

Las corrientes armónicas son causadas porcargas no lineales conectadas a la instalación,es decir, que la responsabilidad de supresencia, al igual que con la reactiva, latienen los consumidores finales.

Una carga se dice que es no lineal cuandola corriente que pasa por ella no tiene lamisma forma de onda que la tensión que laalimenta.

El flujo de corrientes armónicas a través delas impedancias del sistema, a su vez creaarmónicos de tensión, que distorsionan latensión de alimentación.

Cada carga no lineal distorsiona la ondaeléctrica de un modo, dependiendo de lanaturaleza de dicha carga.

Así, aparecerán en la instalación ondasdistorsionadas de la fundamental queconvivirán con ésta y fluirán por la instalación.Como cuando gritamos en un acantilado yaparecen ecos y, aunque sigamos gritandonuevas palabras todavía se oye la primerarebotando por las paredes, modificándose yatenuándose.

Realmente el eco es un ejemplo físico dearmónicos pero con ondas de sonido.

En la siguiente figura se presentan unasformas de onda con típicas distorsiones.

En la parte de arriba de una única fase y lade abajo trifásica:

275

Equipos distorsionadores


Fig. 345. Distorsión Armónica: Ejemplos típicos de distorsión

Equipos distorsionadores.

Como antes se ha explicado, la irrupción dela electrónica de potencia ha hecho que lamayoría de cargas sean causantes de algunadistorsión armónica.

Esto, sumado con el aumento del consumode energía hace que las distorsiones seanalgo muy común en las redes de distribución.

Como se ha d icho los equ iposdistorsionadores son muy comunes y, sepodrían incluir la mayoría de los aparatosindustriales y domésticos.

Monofásicos:

• Fuentes de alimentación defuncionamiento conmutado,presentes en ordenadores,impresoras, monitores, lavadoras,televisores, frigoríficos y la mayoríade electrodomésticos.

• Balastos electrónicos de iluminaciónfluorescente. Si el equipo deiluminación fluorescente no tieneel condensador (cebador) y lareactancia, tendrá un balastoelectrónico.

Trifásicos:

• Los SAI o UPS.

• Los variadores de velocidad y otrossistemas de control de motoreseléctricos.

• Máquinas de soldadura.

• Hornos de arco o inducción.

• Cargadores de baterías.

Conviene saber quelos armónicos pares noson causantes de pro-blemas en las instalacio-nes, pero los impares si.Especialmente el tercery el quinto armónico. Eltercer armónico es cau-sado por cargas mo-nofásicas y el quinto porlas trifásicas.

Tipos de armónicos.

Dependiendo de la frecuencia de la onda asíse clasifican los armónicos.

Siendo el armónico fundamental el de 50Hzque es del que nacen los otros.

Sería nuestro grito en el acantilado.

Luego, dependiendo de la frecuencia delmismo se tendrá un segundo armónico a los100Hz, un tercero a los 150Hz, un cuarto alos 200Hz,...

276

Energía reactiva y armónicos


Aunque la capacidadde un condensador y, portanto de una batería, semide en Faradios, tantof a b r i c a n t e s c o m oconsumidores, para estetipo de usos, utilizan comounidad los VAr o kVAr.

No queremos dejar pasar más tiempo sinaclarar...

¿Qué es la THD?

La THD es la tasa de distorsión armónica.

Es la relación en tanto por ciento entre lacorriente o tensión fundamental y ladistorsionada.

Por ejemplo, si en la instalación hay 100A,pero con frecuencia 50Hz son 60A, la THDen corriente (THDI) será del 40%.

En la siguiente gráfica se puede ver unejemplo de THD.

Fig. 346. Varios armónicos.

Fig. 347. Ejemplo de medición de Tasa de DistorsiónArmónica en una instalación.

Baterías de Condensadores:Características más importantes.

Fig. 348. Batería automática.

Con el fin de hacer una correcta elección dela batería, a continuación, se describen cadauno de los parámetros y características másimportantes de una.

Capacidad.

Es la máxima potencia reactiva que en unmomento puntual es capaz de compensarla batería.

Esta potencia deberá ser algo mayor que lamáxima que se calculó en la instalación.

Es más cómodo comparar directamente lapotencia máxima de la batería con la que sedesea compensar en las mismas unidades.

Armónicos

Am

plit

ud

Tiempo

Fundamental3er. Armónico5º Armónico7º ArmónicoResultado

277

Números de escalones


Número de escalones.

Si nos fijamos en la imagen anterior, veremoscuatro prismas en su parte inferior.

Son los condensadores.

Cada uno es un condensador trifásico y, tienedistinta potencia. Cuando la batería estáfuncionando, el regulador medirá la potenciareactiva instantánea a compensar y, enfunción de ésta conectará uno, u otrocondensador, combinando la entrada deéstos para que siempre se compense lamayor cantidad de energía reactiva.

Por ejemplo; supongamos que la bateríacuenta con cuatro "escalones" de 5 + 5 + 10+ 20 kVAr.

La batería será de 40 kVAr.

¿Cómo se comportará la batería con losaumentos de reactiva a compensar?:

Como habremos observado, la precisión dela batería la marca el escalón más pequeño.

En la batería del ejemplo la compensaciónse hace de 5 en 5 kVAr.

• Cuando en la instalación haya menosde 5 kVAr a compensar ningúncondensador estará conectado.

• Cuando la reactiva supere los 5 kVAr,pero sea menor de 10 kVAr, entrará elprimer escalón de 5 kVAr.

• Cuando esté entre 10 y 15 kVAr, seconectará el de 10 kVAr.

• Cuando esté entre 15 y 20 kVAr, seconectarán uno de 5 y el de 10 kVAr.Y así sucesivamente.

Regulador.

Fig. 349. Regulador

El regulador es el cerebro de la batería.

Interpreta las señales que le envían losequipos auxiliares y determina la potenciareactiva a compensar a cada instante.

En función de esto ordenará conectar odesconectar unos u otros escalones.

Las decisiones que tomará el reguladorestarán íntimamente ligadas a la informaciónde que disponga, cuando más precisa mejoractuará.

Hay baterías, que conectan su circuito demedida con un sistema Aaron.

Fig. 350. Ejemplo de conexiones para medir.

Consiste en medir lastensiones de cada una delas fases, pero sólo laintensidad de una y, conuna simple regla de tresest imar la potenciatrifásica total.

Otras, en cambio, realizan una medidatrifásica, tomando tres tensiones y trescorrientes.

En sistemas desequilibrados, puede que,con un sistema Aaron, la batería incurra ensobrecompensaciones o no compense losuficiente la instalación.

Dependerá de si en la fase que se midecorriente hay mucha o poca carga reactivacomparada con las otras.

278

Sistema de maniobra


Sistema de maniobra.

Generalmente hay dos: Por contactoreselectromecánicos o por tiristores.

• Contactores:

Es el más común.

Es más económico.

El regulador hace las funciones de relé ymanda la señal de apertura o cierre a loscontactores que conectan o desconectanlos condensadores.

El proceso lleva un par de segundos.

Interruptor.

Las baterías han de contar con un interruptorde corte en carga que las aísle del resto dela instalación y, que permita trabajar en ellassin tensión.

Este interruptor puede estar en el cuadro alque se conecta o, en el armario de la propiabatería.

Es indiferente.

• Tiristores:

Son más caros.

Funcionan con un sistema integrado deelectrónica de potencia.

Son absolutamente silenciosos y, hacen laconexión instantáneamente.

Tienen un ilimitado número de maniobras, apriori, ya que no hay desgaste mecánico delos componentes.

También se alarga la vida de los componentesya que eliminan el transitorio de la conexión.

Son ideales para:

• Centros educativos, comercios u otroslugares donde el ruido de los contactorespuede ser molesto.

• Ascensores u otro tipo de cargas que entranmuy rápidamente.

Pero téngase en cuenta a la hora decomprarla ya que no en todos los cuadroshay espacio suficiente para instalar uninterruptor.

La corriente nominal del interruptor se ha decalcular siguiendo la siguiente fórmula:

Q, es la nominal de la batería. V la tensiónde la instalación, 400 V para trifásico y 230V para monofásico.

Sen (ϕ) tendrá el valor que se considere, porejemplo 0,6 que corresponde a un cos (ϕ) de0,8.

Es conveniente que previo a la desconexiónde la batería se quiten las cargas másreactivas y se espere a que la bateríadesconecte la mayoría de los escalones, asíla corriente que pasará por el interruptor enel momento del corte será menor.

Antes de manipular la batería hay queasegurarse de que los condensadores no seencuentran cargados.

Suelen colocarse unas resistencias dedescarga rápida, puenteando éstos, quedisipan su carga transformándola en calor,pero tardan varios minutos.

Son muy comunes los accidentes pormanipular baterías con los condensadoresaún cargados.

Armario.

El armario, no es más que una estructura dechapa, pero en instalaciones que se prevéque aumente la reactiva a compensar,conviene elegirlos grandes, que permitanañadir nuevos condensadores para futurasampliaciones.

En el ejemplo anterior de la batería de cuatroescalones, si el armario tuviera capacidadpara dos escalones más se podría ampliarotros 80 kVAr más, según se necesitara.

El precio del armario no es significativo y, puedeahorrar tener que comprar un segundo equipo.

Q = V.I. 3.Sen(ϕ) I = ( )QV.Sen(ϕ)

279

Armario


Si se decide elegir un armario que posibilitelas ampliaciones, pensemos en que éste hade contar con un regulador que puedatrabajar con el número máximo de escalones,también el interruptor ha de estardimensionado para la potencia máxima quese podrá instalar (o se tendrá que cambiarcuando se amplíe), al igual que losconductores de conexión al cuadro.

Los transformadores de medida deben estarajustados a la corriente que midan ya queen regímenes bajos de la carga no secomportan adecuadamente.

Armónicos.

¿En la instalación hay presencia dearmónicos? Entonces se debería pensar enadquirir una batería con algún tipo de filtro.

Las baterías amplifican y provocanresonancias de las corrientes armónicas y,puede que agraven el problema dedistorsiones aumentando la THD.

Cómo es un condensador.

Como se ha visto, las baterías estáncompuestas de "escalones", que no son másque condensadores trifásicos que seconectan y desconectan de la instalaciónsegún las necesidades de compensación dereactiva.

Cada condensador, está compuesto porláminas de material conductor enrolladassobre si mismas formando una espiral y, entremedias un material dieléctrico.

En muchos casos derivados poliméricos.

Se montan tres rollos (ya que son trifásicos)que se encierran dentro de una carcasametálica.

Los huecos se rellenan de Vermiculita quees un mineral formado por silicatos de hierroo magnesio, del grupo de las micas.

Por ser trifásico, se le instalan tres bornesde conexión, que están conectados a cadauno de los tres "rollos".

Entre sí, se conectan "todos con todos" demodo que internamente formen un triángulo.

Así al conectarlo en la instalación la diferenciade potencial entre cada una de las fases haráque la corriente fluya a través de él y, seproduzca la compensación

Una batería de condensadores estácompuesta por varios de éstos, que se llamanen el argot "escalones", que estánconectados en paralelo, sometidos a latensión de la instalación al entrar en servicioy, sumando las corrientes "correctoras" queaportan cada uno.

Conexión de la batería en estrella.

Visto cómo se conecta un condensadorinternamente, se explicará cómo se conectaráen la instalación que se desea compensar.Como todos los condensadores se conectanen paralelo, eléctricamente habrá uno,resultante de la suma de capacidades detodos, por cada una de las fases.

En el esquema adjunto se podrá ver cómoresultaría la conexión en estrella de estoscondensadores.

Se conectaría el neutro de la estrella paraque coincidiera con el de la instalación yevitar diferencias de potencia entre ambos.Fíjese en la tensión a la que está sometidocada condensador.

Cada "bote" está conectado entre neutro yfase, con lo que estará a una tensión de 230V. Siempre entre el conductor azul y otro.

Ante las preguntas: ¿Este sistema es válido?¿Funcionaría? Sólo hay una respuesta: Si,todo funcionaría.

Fig. 351. Conexión en estrella.

280

Conexión de la batería en triángulo


Con lo que para evitar esas pérdidas, hayque reducir la corriente, en primer lugar, yaque por cada 2 A que se reduce, las pérdidasde dividen por 4.

Y luego la resistencia.

Para reducir la resistencia sólo queda elegirotro material por otro más conductor oaumentar la superficie de éste, lo que implicaun incremento en el coste.

Así que ante cablear la batería de un modo uotro o encarecer el material, la decisión es clara.

Se conectan con el sistema que permite estara los condensadores sometidos a la tensiónmás alta, admisible, dentro de la instalación.

Esta configuración es la de Triángulo.

Conexión de la batería en triángulo.

Visto cómo se conectaría en estrella, ahorase verá el resultado en triángulo.

Según se explicó al describir un condensadorinternamente, éstos se conectan en triángulo,en las instalaciones trifásicas.

Con lo que este esquema es el correcto, elque utilizan todos los fabricantes.

Igual que en el caso de la estrella, debe fijarseen las tensiones a las que se somete cadacondensador.

En este caso no existe neutro en la bateríade condensadores, con lo que cada "rollo"dentro de cada "escalón" estará conectadoentre dos fases, o lo que es lo mismo, estaráa 400 V.

Fig. 352. Conexión en triángulo.

Esta solución, al igual que la otra, tambiénfunciona.

Entonces ¿Por qué se conectan en triángulo?

¿Por qué se conectan en triángulo?

Está claro que la decisión no atiende acriterios de operatividad y funcionalidad.

Como la mayoría de todas las decisiones, eseconómica.

Realizar un "escalón" que internamente estéconectado en triángulo es más laborioso yaque las conexiones son más complejas, perose usa menos material y, es lo más caro deuna batería, la materia prima.

El material conductor que se suele usar esZinc, que igual que el Cobre o el Hierro, tienenun precio muy variable.

Recordemos que entre las característicasmás destacadas de una batería decondensadores un parámetro importante esla tensión a la que la batería compensaba lapotencia reactiva nominal indicada por elfabricante.

Recordemos que para dos baterías de igualpotencia nominal, por ejemplo 10 kVAr y,tensiones nominales de 400 V y 440 V,montadas en la misma instalación, la de 440V tiene un 10% menos de capacidad decompensación.

Para desarrollar la misma potenciacompensatoria, si la batería se somete a unatensión mayor tendrá que soportar menorcorriente. Cuanto mayor es la corriente másZinc ha de tener la batería para evitar laspérdidas por el "efecto Joule".

La energía convertida en calor y, por lo tantoperdida por este concepto, depende delcuadrado de la corriente y de la resistenciadel material.

Q = I2.R.t

281

Beneficios


¿Es muy grande la diferencia?

Sí, es grande.

Si se usa la batería del ejemplo de 10 kVA y,los cálculos que ya se vieron en las carac-terísticas más destacadas de una batería decondensadores se verá:

Q = V.I. 3.Sen(ϕ)

10kV Ar = 400.I1. 3.Sen(ϕ)

10kV Ar = 230.I2. 3.Sen(ϕ)

Igualando las dos expresiones:

230.I2. 3.Sen(ϕ) 400.I1. 3.Sen(ϕ)=

1,739.I1 = I2

Esto quiere decir, que para compensar lamisma reactiva, una batería conectada enestrella tendrá que soportar casi un 174%de la corriente que tendría que soportar unaen triángulo.

Que la batería esté preparada para soportaresa corriente la hace más cara.

Reducción de costes.

La compensación de energía reactiva selleva aplicando años en las instalacionesconsumidoras de energía, por que aportab e n e f i c i o s e c o n ó m i c o s d i re c t o samortizables a muy corto plazo. Estosbeneficios son de dos tipos:

1- Directos: Producidos por la eliminaciónde la penalización por consumo deenergía reactiva en la factura eléctrica.

2- Indirectos: Producidos por un mejorfuncionamiento y optimización de lasinstalaciones.

Beneficios directos.

Son los más fáciles de calcular y estimar.

Las penalizaciones por kWhr consumido son,según el BOE de 31 de Diciembre de 2009,para España (ver gráfico en la parte inferior).

Como se puede apreciar en la tabla, latendencia es, claramente al alza y, lapenalización por la energía reactiva es cadavez mayor con crecimientos muy altos.

Es lógico.

Un sistema con menor reactiva es un sistemamás optimizado, como se verá cuando seexpliquen los beneficios indirectos.

Las penalizaciones tienen como objetivo darun argumento claro para que losconsumidores potencien este aspecto de lacalidad de red y de la eficiencia energéticaya que son ellos los causantes de que hayamucha diferencia entre la potencia activa yla aparente. Como se verá, tener un sistemacompensado es bueno para una instalacióny para la de la empresa distribuidora.

Beneficios indirectos.

Si se disminuye la energía reactiva solicitadapor una instalación a la red de distribuciónaparecen varios beneficios:

• Disminución de la Potencia Aparente (S).Si se reduce la reactiva (Q) y se mantienela activa (P) debe reducirse la aparente.

• Disminución de la corriente solicitada porla instalación. Si la tensión en la instalaciónes constante (veremos que no del todo) yla potencia aparente disminuye, lo ha dehacer la corriente ya que S = V. I

282

Ejemplo teórico


• Al disminuir la corriente disminuirá la cargaa la que es tán somet idos lostransformadores de cabecera de lasinstalaciones en caso de haber.

• Como disminuye la carga de lostransformadores se podrán introducirnuevas cargas aumentando la potencia útilde la instalación.

• Si disminuye la corriente disminuirán laspérdidas en calor por el Efecto Joule.Teniendo en cuenta que las pérdidasdependen del cuadrado de la corriente porlo que una reducción de la misma tendráun efecto muy beneficioso en cuanto a laspérdidas.

• Al haber menor corriente la caída de tensiónserá menor pues depende directamentede ésta.

Ejemplo teórico.

La teoría y la práctica deberían ser iguales,pero esto no es así.

Sacado directamente de un antiguo catálogode un fabricante se plantea el siguienteejemplo teórico para una instalacióncompuesta por:

• Pérdidas por efecto Joule en una líneatrifásica:

Sin Bateríacos ϕ 0,6

Con Bateríacos ϕ 0,98

Disminución(%)

5 % 3 % 60 %

17 kW 6,4 kW 62 %

1.050 kVA 642 kVA 38 %

Caída de tensión

Pérdidas efecto Joule

Potencia suministradapor el transformador

• Un transformador MT/BT de 800 kVA.

• Una carga en el cuadro general de BajaTensión de 630 kW con un cos ϕ de 0,6.

• Una línea de interconexión de 100 metrosde cable de cobre de 4 x (3 x 240) mm2 quetiene una resistencia de 0,075 ½/km.

Se conecta en la instalación una batería de360 kVAr a 400V que una vez conectada,garantiza un cos ϕ de 0,98.

Antes de hacer ningún cálculo, convieneconocer las dos fórmulas matemáticas quese utilizarán:

• Caída de tensión de una línea trifásica:

∆Uc =Zc.P

U.cosϕ

∆P = lγ.S

PU.cosϕ

2( )

283

Conclusiones


Conclusiones.

Independientemente de los ahorros directospor evitar las penalizaciones, se puedeoptimizar mucho la instalación y aprovecharlaal máximo eliminando la energía reactiva.

Imaginemos que la instalación en una cestaen la que caben setas, que son los amperios.

Si eliminamos los terrones de tierra que traenlas setas al sacarlas del suelo, cabrán mássetas en la cesta.

Está claro, que en este símil la tierra es lareactiva.

Es por esto que a las distribuidoras lesinteresa eliminar la reactiva y, esto sólo sepuede conseguir involucrando a losconsumidores y, para ello el gobierno imponelas penalizaciones.

¿Dónde instalar la batería?

La elección de dónde instalar una batería decondensadores dependerá del tipo deinstalación en la que se desee montar.

Ya que realizar la compensación en un puntou otro de una instalación reporta distintasventajas, que según sea la instalación puedenprimar sobre el resto.

Sobre esto no hay reglas escritas y dependeráen gran medida de la experiencia que setenga a la hora de elegir el punto, dentro delesquema de la instalación, dóndecompensará.

Dos son los criterios que se tendrán en cuentaa la hora de estudiar la ubicación de lasbaterías:

Tamaño de la instalación.

Cuando la instalación tenga en su cuadrogeneral al punto más representativo de lainstalación, y que sus cuadros secundariossean pequeños y no estén muy alejados, elpunto más idóneo, en el que hacer lacompensación, es en la cabecera de éste,aguas abajo del interruptor general y deldiferencial general, si es que lo hay.

Hay instalaciones muy grandes y,descentralizadas.

Compuestas por un cuadro general y variossubcuadros, todos de tamaños muyconsiderables y, muy alejados entre si.

En estos casos hay que pensar en unacompensación descentralizada y que se hagaen los subcuadros o, en las propias cargas,si existieran cargas grandes.

También se puede recurrir a sistemas decompensación mixtos, con una batería decondensadores en cabecera que compenselas cargas reactivas que han quedado fueradel ámbito de aplicación de las baterías quecompensan en los cuadros secundarios y enlas cargas.

Grandes cargas consumidoras.

Cuando existen cargas de este tipo esconveniente estudiar la compensación directade la energía reactiva.

Esto se puede hacer para grandes motoreso transformadores, no obstante habría queasociarlo a un estudio de armónicos ya quelos variadores que utilizan los grandesmotores suelen ser cargas muy perturbadorasy, junto con una batería de condensadoresse pueden dar situaciones de resonanciasmagnéticas que dañen la instalación.

Beneficios de cada sistema.

Compensación centralizada en cabecera:

El primer beneficio es económico ya que sólohabrá que instalar un equipo, se consigueuna compensación que abaratará la facturaeléctrica, y se consigue bajar la carga deltransformador de potencia de cabecera encaso de que existiera.

Compensación centralizada en cuadrossecundarios:

Aunque hay que adquirir mayor número deequipos, la compensación es más precisa,ya que los escalones de compensación sehacen para unidades de instalación menores.

No sólo se consigue mejorar la facturaeléctrica, si no que también se bajan los

284

Compensación fija y automática


niveles de carga de las líneas y, con lo cualse reducen las caídas de tensión en las líneasque alimentan a los cuadros.

Compensación descentralizada en cargas:

Es posible que haya que adquirir más equiposque en cualquiera de las otras, pero éstosserán más económicos ya que serán máspequeños y, cuando se traten de los quedirectamente compensan las cargas no haráfalta que tengan una compensaciónautomática, si no que podrán sercondensadores fijos.

Otra ventaja es que, al igual que con la otracompensación descentralizada, se disminuyela corriente por la líneas, con lo que se reducela caída de tensión.

También se reduce la factura eléctrica pordesaparecer las penalizaciones y, haber unmenor consumo.

Es el punto idóneo para hacer unacompensación, carga a carga, pero es unsistema caro que sólo interesa hacer (desdeel punto de vista económico) en instalacionescon grandes cargas.

NOTA: Según la legislación vigente enEspaña , no se podrán conecta rcondensadores fijos en implantación general,sólo en paralelo con las cargas de modo quea la conexión de éstas entren y con sudesconexión, también lo hagan loscondensadores.

Compensación fija y automática.

Existen dos maneras de compensación: Fijay automática.

La elección entre una u otra dependeráprincipalmente de tipo de equipo acompensar.

La compensación fija, en la práctica, sólo seutiliza para transformadores y grandesmotores.

Este sistema sólo se utilizará en cargas oinstalaciones donde:

• Tendrán una demanda de energía bastanteconstante.

• La reactiva a compensar, también estarápresente en los momentos en que la cargaes baja.

• Se trata de cargas grandes que, interesacompensar individualmente.

En la práctica sólo se utiliza para compensartransformadores y grandes motoresasíncronos.

Se conecta en paralelo con ellos de modoque al entrar en servicio también lo haga labatería de condensadores y, que aldesconectarse lo haga ésta, también.

Motores asíncronos:

Estos motores consumen gran cantidad deenergía reactiva para mantener los camposmagnéticos internos necesarios para sufuncionamiento.

Dependerá de la velocidad del giro del motor,pero la reactiva puede llegar a ser de 1/3 dela nominal del motor.

Esto es mucho.

Para calcular el condensador fijo que sedeberá instalar, se puede consultar la tablaque acompaña a este texto.

Está sacada de un catálogo de un fabricante.

Pero la potencia del condensador a montarcoincide con el 90% de la potencia de vacíode la máquina.

Aproximadamente el cos ϕ quedará alrededordel 0,91 ó 0,92.

Si se desea compensar mayores cos ϕ, a laentrada y salida del condensador de la reddeberá estar mandada por un contactor demaniobra.

Si el motor cuenta con un arrancadorprogresivo, un variador de frecuencia u otrosistema de electrónica de potencia que loregule, habrá que estudiar el montar algúntipo de rechazo para evitar problemas deresonancias magnéticas debidas a losarmónicos que puedan ocasionar estosequipos.

285

Transformadores


kW5,57,51015

18,522303745557590110132160200250

CV7

101420253040506075

100120150180220272340

30002,02,54,05,06,38,0

10,012,515,020,025,030,030,035,045,050,060,0

1500235679

12,515202025303540556065

10002,54679

101520252530354045556065

75035

7,59

1012,51520252530354045606570

Potencia motor Revoluciones por minuto r.p.m.

Compensación al 90% de la potencia de vacío del motor

Q consumidaen vacío

Q consumidaen carga

Q total

Fórmula de cálculo Ej.: Transformador 630 kV.A,Ucc = 6 %, Ivacío = 1 %

Qvacío = Sn • Io (%)

Qcarga = P Sn • ucc (%)

Qtotal = Qvacío + Qcarga

Qvacío = 630 • 1 % = 6,3 kvar

Qcarga = 0,92 • 630 • 6 % = 31 kvar

Qtotal = 6,3 + 31 = 37 kvarEs decir 5,9 % de Sn

Transformadores:

Al igual que los motores asíncronos, lostransformadores, para mantener los camposmagnéticos en su núcleo necesitan degrandes cantidades de energía reactiva.

Este tipo de máquinas, además, suelen estarpermanentemente conectadas y, cuando lapotencia activa demandada por la instalaciónbaja, como ellos tienen una necesidadconstante de reactiva, hacen que se alcancenvalores del cos ϕ muy malos.

Para el dimensionamiento del condensadora instalar se tendrán en cuenta las fórmulasindicadas en la tabla que acompaña a estetexto y, que se ha escaneado del mismocatálogo que la anterior.

Aunque como consejo, se recomienda instalarun condensador fijo del orden del 4% ó 6%de la potencia aparente nominal deltransformador. Conviene no instalar uncondensador mayor del 10% de la potenciaaparente del transformador porque puedendarse fenómenos de resonancias magnéticas.

286

Transformadores


Valores del cos ϕ de los aparatos que sedetallan.

287

Iluminación eficiente en la industria


ILUMINACIÓN EFICIENTE EN LA INDUSTRIA

Fig. 353. Vista general de una industria.

El Alumbrado del sector industrial representael 18% del total del consumo eléctrico enalumbrado.

Más del 75% de lailuminación usada en laindustria está basada entecnologías antiguas eineficientes.

Una iluminación eficiente implica una mejoraen la calidad.

El escenario energético y medio ambientalactual demanda cambios urgentes en loshábitos de consumo.

El alumbrado representa el 2% de la inversióntotal en industria y el 10% del consumoeléctrico.

Un alumbrado eficiente y de calidadproporciona beneficios económicos,productivos y medioambientales.

Hemos comentado que, sorprendentemente,a estas alturas de la evolución industrial,existen aún muchos ámbitos fabriles maliluminados o de una forma poco eficiente.

Por ello hemos decidido dedicar un espacioa conocer cómo es la iluminación en laindustria, para saber de qué depende y cómopodemos conseguir un ahorro importanteadaptándola a la actividad que en esemomento se esté desarrollando.

Luminotecnia para la industria.

Bien sabemos que la luz artificial es unacuestión reciente.

En 1857 empezó a tomarse en serio de lamano del Sr. Edison con el desarrollo de laprimera bombilla.

A partir de ahí fue como un estallido deimaginación en todos los órdenes de latécnica, de la ciencia, de la investigación yen el deseo de vivir sin que la oscuridadnocturna fuese un impedimento paradesarrollar las actividades habituales.

288



Esa primera bombilla,muy poco eficiente, únicoexponente de modernidaden muchas viviendas deaquella época, dio paso auna gran familia que paradescribirla necesitamosespacio y tiempo, como

con todo lo que es importante.

Y dio paso a una nueva disciplina, laluminotecnia.

Unidades luminotécnicas.

Es obligado recordar lasunidades básicas que seutilizan y conocer tambiéncómo se puede calcular deforma muy rápida, casiempírica, el número deluminarias necesarias paracualquier espacio interior.

Las unidades son siete, a saber:

• Flujo luminoso.

• Intensidad luminosa.

• Iluminancia.

• Luminancia.

• Eficiencia luminosa.

• Índice de rendimiento cromático.

• Temperatura de color.

Flujo luminoso.

Fig. 354. Flujo luminoso.

Es la cantidad de luz que emite una fuentede luz en la unidad de tiempo.

Se representa como y la unidad es el lumen(lm).

En los catálogos de las fuentes de luzpodemos apreciar este parámetro, fácilmente.

Símil hidráulico:

Fig. 355. Símil hidráulico del flujo luminoso.

Es la cantidad de agua que sale por un grifoen la unidad de tiempo.

Intensidad luminosa.

Es la cantidad de luz que emite una fuentede luz en una determinada dirección y en launidad de tiempo.

Se representa con la letra I y su unidad es lacandela (cd).

Símil hidráulico:

El agua que sale de una manguera cuandose riega.

Fig.356. Intensidad luminosa y símil hidráulico.

289



Iluminancia.

También se conoce como nivel deiluminación.

Es el flujo luminoso por unidad de superficie.

Se representa con la letra E y la unidad es ellux:

Fig. 357. Iluminancia.

En donde son los lúmenes y S es lasuperficie en metros cuadrados.

Símil hidráulico:

El agua que llega al suelo de una ducha (porejemplo).

Luminancia.

Fig. 358. Luminancia.

Se conoce como brillo y es la luz que procedede un objeto.

Fig. 359. Luminancia.

Símil hidráulico:

El agua que salpica en el suelo de una ducha(por ejemplo). Unidad: cd/m2

Eficiencia luminosa.

Conocida también como rendimientoluminoso.

Son los lúmenes emitidos por una fuente deluz por unidad de potencia (incluyendo elequipo de encendido). Unidad: lm/W

Índice de rendimiento cromático.

Es la capacidad de una fuente de luz dereproducir fielmente los colores que ilumina.

Se mide en tantos por ciento y el valormáximo es 100%.

Se conoce como IRC y también como Ra.

Capacidad de reproducción de los colores:

Excelente o muy buena: IRC > 85

Buena reproducción: 70< IRC < 85

Reproducción aceptable; 60< IRC < 70

Deficiente: < 20

Temperatura de color.

Considerado el cuerpo negro como radianteteóricamente perfecto, éste va cambiandode color a medida que vamos aumentandosu temperatura, adquiriendo al principio eltono de un rojo sin brillo, para luego alcanzarel rojo claro, el naranja, el amarillo, el blanco,el blanco azulado, y finalmente el azul.

De esta idea nace la "Temperatura del Color",y se utiliza para indicar el color de una fuentede luz por comparación de esta con el colordel cuerpo negro a una determinadatemperatura.

Así, por ejemplo, el color de la llama de unavela es similar al de un cuerpo negrocalentado a 1.800 K, por lo que se dice quela temperatura de color de la llama de unavela es de 1.800 K.

E =S

290


La temperatura de color solamente puedeser aplicada a aquellas fuentes de luz quetengan una semejanza con el color del cuerponegro, como por ejemplo la luz del día, la luzde las lámparas incandescentes, la luz de laslámparas fluorescentes, etc.

El color de las lámparas de vapor de sodio,no coincide con el color del cuerpo negro aninguna temperatura, por lo que ni puedenser comparadas con él, ni se les puedeasignar ninguna temperatura de color.

Seguidamente damos algunas temperaturasde color, con el fin de que nos familiaricemoscon ellas:

Cielo azul: 20.000 K.

Cielo nublado: 7.000 K.

Luz solar directa: 5.000 K.

Luz de velas: 1.800 K.

Ahora que ya hemoshablado de unidades po-demos detallar cómo sehace un cálculo muy, peroque muy, simplificado parasaber el número necesariode luminarias a instalar encualquier espacio:

Partimos de la fórmula de la iluminan-cia: E = /S

Hemos de considerar tres datos ne-cesarios para seguir, que son, el nivel deiluminación que necesitamos, el tipo deluminaria que queremos ver instalada ypor supuesto, la superficie del local.

Ejemplo: Si necesitamos 500 Lux ytenemos 30 m2 de superficie en local yqueremos colocar unas luminarias deempotrar de 4 x 18 W con equipo de altafrecuencia y tubos 18W/840 (1350 lm).

500 X 30 = 15.000

= 15.000 lúmenes que tienen queproporcionar las luminarias elegidas.

Pero... ¡No tan rápido!

¿Por qué?

Porque hay que distinguir entre elflujo de lámparas (el que emiten) y elflujo útil (el que llega al plano de trabajo).

Necesitamos saber el flujo útil porquees el determinará el número de lumina-rias... ¿Cómo?

Para ello multiplicaremos el paquete delúmenes del producto (en este caso 15.000)por 1,5 ó 2 ó 2,5 según un análisis de:

* Altura excesiva, superior a la normal.

* Mala reflexión de las paredes, sueloy techo.

* Otras circunstancias, como porejemplo muebles oscuros.

Siguiendo con el ejemplo, imagine-mos que la situación es mediana y poreso multiplicamos por 2.

Total necesario = 15.000 x 2 =30.000 lúmenes

¡Ya tenemos el flujo necesario!

Ahora lo dividimos por el que propor-ciona una luminaria (5.400) y tendremosel número total de luminarias:

5,5 ÷ 6


Las fuentes de luz artificiales:

Se clasifican en tres grandes grupos:

Incandescentes, que se identifican por unfilamento que al pasar la corriente se ponebrillante.

Halógenas, que son incandescentesmejoradas con un gas halógeno, yodonormalmente, que captura y devuelve laspartículas del filamento para que no seescapen hacia la ampolla y la ennegrezcan.

Atención: En 2009 laUE aprobó una regulación para mejorar la eficienciade energía en los hogares(lámparas no direcciona-les). Regulación EC No244/2009 (18/03/2009).Básicamente consiste en

la retirada progresiva de lámparas haló-genas e incandescentes.

291



Aplicación de la regulación.

Las lámparas en stock en la UE podrán servendidas (almacenes, t iendas) conposterioridad a la fecha de caducidad decada tecnología (2009, 2010,....)... sin límite.

¿Por qué esta regulación en la UE?

La UE cree que se pueden obtener ahorrosen el sector residencial importantes: globales40TWh (la energía que necesitan al año 11millones de hogares).

Individuales: 50¤ por hogar.

Emisiones: 15 millones de toneladas/año

Inyección a la economía de la EU: 5-10.000 M¤.

L a s l á m p a r a s p o c o e f i c i e n t e s(incandescentes-halógenas) serán retiradasde 2009 a 2012.

Curioso: ¿Sólo en hogares?

¿Por qué no en otros sectores?

Sigamos con el resto de fuentes de luz.

Descarga , que son lámparas másevolucionadas, con más tecnología en sufabricación y funcionamiento y con una mayoreficiencia energética.

Las lámparas de descarga más conocidasson las fluorescentes.

De todas ellas vamos a hacer una pequeñareseña por orden, para tenerlas presentes.

Los tubos fluorescentes.

De todas las fuentes de luz existentes son,sin duda, los más incomprendidos.

Dos matices justifican esta aseveración:

La necesidad de depender de un equipo deencendido (reactancia o balasto y cebador)y el escaso rendimiento cromáticoproporcionado por los primeros tubos, araíz de su invención (1939).

Actualmente la fluorescencia ha dejado deser sólo un recurso práctico, por aquello deque, sorprendentemente, da más luz que laincandescencia.

Tiene muchas aplicaciones, la paleta de tonosestá más completa que nunca y los fabricantes

no reparan en empeño y en acciones paradarla a conocer.

Ya no existe ninguna excusa para no utilizar,sin limitaciones, este sistema de iluminación.

Actualmente no es ne-cesario salir a la calle paraobservar el color de la telaque se compra.

Así cómo la televisión encolor animó a los usuariosa prescindir de los recep-tores en blanco y negro,

hasta el punto de no aceptar uno ni rega-lado, lo mismo está ocurriendo con lagama 80 (trifósforo) de los tubos fluores-centes, pues quien prueba su luz, su brilloy la reproducción que permite de los co-lores, no desea otra cosa.

Recordemos el lema que los define:"más luz, de mejor calidad, durante mástiempo".

Si a esto añadimos las ventajas queproporciona la estabilidad del arco cuandoen el equipo se incluyen balastos de altafrecuencia, para qué hablar.

Sin embargo aún queda mucho porhacer ya que, de vez en cuando, escucha-mos alguna descalificación, fruto de undesconocimiento profundo.

Por eso, como en todos los órdenesde nuestra vida, la comprensión de lascosas, aún de forma somera, abre nuevoshorizontes

Trataremos de justificar lo expuesto.

Evolución de los tubos fluorescentes.

Los primero tubos tenían un diámetro de 75 mm.

Después éste se redujo a 38 mm, con unaspotencias de 20 W (600 mm de largo, aprox.),40 W (1200 mm de largo, aprox.) y 65 W(1.500 mm de largo, aprox.).

Se fabricaron otras potencias y formas(curvados, circulares, etc.) pero, como nopodemos extendernos tanto, seguiremosciñéndonos a esos tres modelos, quesignifican casi el 80% del consumo.

292



El rendimiento cromático era bajo, en tornode un 60%, obligando a lo ya comentado:

"Salir a la calle para observar el color real dela tela que se compraba..."

Primera evolución, 1979-1980, dirigidaal ahorro.

Se redujo el diámetro a 26 mm y las potencias,para la misma emisión de luz, bajaron a 18-36 y 58 W.

Con ello se produjo una mejora en el consumodel 10-12% aproximadamente.

El rendimiento cromático siguió más o menosen el mismo valor.

Segunda gran evolución, 1980-1985.

Nace el tubo trifósforo gama 80 y 90, basadoen la técnica tres fósforos.

El lema que le define es: más luz (un 15%),mejor calidad de luz, mayor duración, sinapenas degradarse al paso de las horas deestar encendido.

En su primera andadura los tubos trifósforoscostaban el triple que los tubos ya existentes,a los que vamos a llamar estándar enadelante.

Y han llegado a tener tal protagonismo quela idea que persiste, en los forosluminotécnicos, es colocar tubos estándarsólo en espacios donde no sea necesariodestacar ningún color, como por ejemplo enlos garajes.

En el resto de aplicaciones se sugiere colocarsólo los nuevos tubos trifósforos.

Sin embargo...

Llevamos ya muchos años con los famosostubos y a pesar de todo no son aúnsuficientemente conocidos.

Invitamos, a quien lo desee, a llevar a caboel siguiente experimento.

Busquemos cualquier negocio, panadería,boutique, papelería, donde tengamosconfianza y tengan instalados tubos lineales,que seguro serán estándar.

Animémosles a cambiarlos y el resultado serásorprendente:

15% de incremento del nivel de iluminación...

Colores más definidos...

En fin, ¡un cambio radical y sin mayorconsumo!

Recursos nemotécnicos parareferenciar un tubo.

Fig. 360. Serigrafía de un tubo.

A los tubos se les cataloga por una serie denúmeros y letras que aparecen en la serigrafíay que vamos a detallar.

En primer lugar el tubo de 36 mm de diámetrose le denomina T 12.

Es obligado decir que T viene de tubo, 12 serefiere al diámetro en octavos de pulgada:

12 x 1/8 de pulgada = 12 x 1/8 x 25,4 = ÷36 mm

Al tubo de 26 mm de Ø se le denomina T8.

Al de 16 mm de Ø se le llama T5.

Al de 7 mm de Ø se le conoce como T2.

A continuación se indica la potencia.

Finalmente, se ponen tres cifras.

Veamos un ejemplo:

T8 58W/840

Tenemos un tubo de 26 mm de Ø, de 58vatios.

El 8, gama 80, trifósforo, indica el rendimientocromático (Ra), >85%.

El 40 (añadiendo dos ceros) se refiere a latemperatura del color (tono).

293



Temperatura de color es la sensación de"calor" que nos produce una fuente de luz,como ya vimos.

Hemos oído hablar de "tono frío" o "tonocálido". Se mide en Kelvin, K, sistema SI.

Los tubos estándar se referencian así:

T8 18/54 Luz día.

T8 18/33 Blanco frío industrial.

Existen actualmente tubos trifósforos con lossiguientes tonos:

2.700 K- La sensación que produce es muycálida.

3.000 K- La sensación que produce es cálida.

4.000 K-La sensación que produce esintermedia (ni frío ni calor).

6.500 K- La sensación que produce es fría.

Tubos trifósforos, gama 90.

Baste indicar que se utilizan en pruebas deimprenta, para contrastar colores, con lo quese entiende que su rendimiento cromático(Ra), es mayor, superior al 90%.

Pero...su flujo luminoso es inferior, vaya louno por lo otro por lo que no se suelen utilizaren la iluminación de ambientes, salvo quetengan la misión de mejorar la calidadcromática de determinadas zonas.

Tercera evolución, 1979-1980.

Nace el tubo compacto.

De entrada sólo se fabrica con la técnica trifósforo.

¡No existe la versión estándar!

Fig. 361. Tubos compactos TC.

Fig. 362. Tubo compacto triple TCT.

Rápidamente se fabrican versiones de mayorpotencia y mayor número de dobleces con el finde conseguir un tamaño similar a las bombillas.

Cuarta evolución, 1990-2000.

Surge la denominación "bombilla ahorradora".

Consiste en un tubo compacto integrado, esdecir que incorpora el equipo de encendido,electrónico para más señas y lleva un por-talámparas convencional E 14 ó E 27.

Con lo cual, simplemente, se trata de sustituirla bombilla de 100 W, 1360 lúmenes, por unalámpara compacta electrónica de 20W, 1350lúmenes.

Fig. 363. Bombilla ahorradora.

294



Si añadimos los 10 años de supuesta vida,nos encontramos con un ahorro importante,la quinta parte de consumo, máxime siutilizamos varias a la vez.

Por tal motivo se auspició, por parte delMINER, en 1997, un programa conocidocomo DOMOLUZ, que animaba a losciudadanos a sustituir unas por otras,primando la compra con una cantidad enmetálico.

Tuvo la feliz consecuencia de la entradamasiva de esta compacta ahorradora en loshogares españoles que no habían sido muyhospitalarios con ella hasta la fecha,básicamente por tres motivos:

Recordemos que... sólo se fabrican con latécnica trifósforo.

¡No existe la versión estándar!

Hemos llegado al momento actual donde seconoce mucho más la técnica fluorescentepero ¡han pasado muchos años!

El tubo compacto lineal TCL.

Por estas fechas aparece el tubo dobladocompacto largo con las siguientes potencias:

18 W-24 W-36 W- 40 W -55 W y 80 W

Permiten que las luminarias con esos tubosentren en los huecos de 600 x 600,simplificando el montaje.

El tubo T5.

Iluminó por vez primera no hace tantos años.

Tiene 16 mm de diámetro, como hemos visto.

Hay varios fabricantes que han apostado confuerza por él, pero hay que tener en cuentavarios aspectos.

1. Por el precio, ya que al principio eran caras.

2. Porque la emisión luminosa, en el momentodel encendido, no era la máxima, necesitán-dose un par de minutos para este fin.

3. Porque la escasa calidad de la luz de lostubos estándar incidía en el juicio de valorde los usuarios.

¿Qué tipos de tubos T5 existen?

Existen tubos T5 estándar HE y de "alto flujo".Estos últimos se denominados T5 HO, debidoa sus siglas en inglés (High Output). Laspotencias de los tubos estándar son 14W,21W, 28W y 35W (dependiendo del largo deltubo). Los T5 HO tienen potencias de 24W,39W, 54W y 80W.

Repetimos:

T5 FHE con las siguientes potencias ylongitudes:

14W (549mm)

21W (849mm)

28W (1149mm)

35W (1449mm)

T5 FHO con las siguientes potencias ylongitudes:

Pero... ¡Atención! Aquípuede haber problemasporque hay tubos de lamisma longitud y depotencia distintas.

Veamos...

24W (549mm)

39W (849mm)

54W (1149mm)

49W (1449mm)

80W (1449mm)

Observemos:

549 mm para 14 y 24 W

849 mm para 21 y 39 W

1149 mm para 28 y 54 W

1449 mm para 35, 49 y 80W

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Al tener un diámetro más reducido, que lostubos habituales, las luminarias pueden tenermenor espesor y menor peso, lo que permitirásu montaje en techos de menor altura.

Tienen una temperatura de funcionamientode 35ºC frente a los 25ºC del tubo T8, lo quehay que tener en cuenta para evitar corrientesde aire en el interior del techo.

Fig. 364.Temperatura de funcionamiento del tubo T5 y T8.

¿Son los T5 amigables con el medioambiente?

Si sumamos la mayor eficiencia del T5 encomparación al T8, con el hecho de que alser mucho más pequeño reduce la cantidadde materiales utilizados en su fabricación,así como la presencia de elementos tóxicos.

Los gastos de transporte y el deshecho detubos son menores y por ende generan unmenor impacto al medio ambiente que lostubos T8.

Además de esto, los T5 tienen una capa defósforo mejorada que previene que elmercurio sea absorbido en el fósforo y en elvidrio del tubo.

Un tubo T5 contiene menos de 5 miligramosde mercurio.

¿Necesitan los T5 un balasto diferente?

Sí. Los tubos T5 requieren de un balastoespecial.

En la mayoría de los casos, los balastos delos T5 no funcionan con tubos T8 o T12.

Algunas empresas ofrecen balastos queoperan con ambos tipos de tubos.

Los tubos T5 operan a frecuencias superioresa los 20 kHz.

La mayoría de los balastos de los T5 generanuna distorsión armónica (THD) menor al 15%.

Esta leve distorsión previene potencialesdesequilibrios en las redes eléctricas que pudiesendañar transformadores u otros equipos.

En general, los balastos de los T5 tienen unfactor de potencia superior 0,93.

¿El tubo T5 ilumina más que un tubo T8?

Los tubos T5 HO tienen un flujo luminosomayor que un tubo T8, pero la luminosidadde un tubo T5 estándar es idéntica a la deun T8.

Sin embargo, el consumo en el T5 es menor,por lo cual la eficiencia lumínica (lm / W) esmejor en el T5.

Valo

res

rela

tivos

(%)

Temperatura ambiente (ºC)

296



Sin embargo, hay muchos factores queinfluyen en la luminosidad que genera al tubo.

El principal factor que afecta la luminosidades la temperatura ambiente.

Por lo general, la luminosidad del tubo seespecifica para una temperatura ambientalóptima para el tubo (35°C para tubos T5 y25°C para tubos T8).

La siguiente tabla muestra la luminosidad delos tubos a diferentes temperaturasambientes.

Se puede ver que la luminosidad del tubo T5estándar es mayor al T8 para una temperaturaambiente de 35°C, pero es menor a 25°C.

Evolución reciente.

Los tubos Eco o Energy Saver.

Las potencias se reducen a 16, 32 y 51vatios.

Y aparecen tubos con una duración de 42.000y 75.000 horas.

Equipos de encendido.

Conectar una bombilla es sencillo.

F N

297



Sin embargo, ante la conexión de un tubopodemos dudar.

Pero también es fácil.

Fig. 365. Interior de un tubo fluorescente.

En lugar de un filamentohay dos y un concepto quea menudo se nos olvida:

definir un circuito como elpaso de electrones a travésde un conductor, debemosañadir que este conductor

puede ser sólido, líquido o gaseoso(plasma).

En consecuencia podemos, una vezencendido el tubo, trazar una recta deelectrodo a electrodo, y olvidar que existe elcebador porque ya no cumple ninguna misión,con lo cual se aprecia un circuito, final, similaral de la bombilla.

Fig. 366. Conectar un tubo.

Fig. 367. Recorrido de la corriente por el tubo.

Aunque existe un elemento añadido, que esla reactancia.

Fig. 368. Reactancia electromagnética.

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Que no es muy popular porque pesa.

Es fundamental para encender un tubo ymantenerlo encendido sin que se destruya.

Está formada por un núcleo de hierro y cercade mil espiras de hilo de cobre esmaltado.

Y el cebador.

Que también es necesario en el encendidopero que luego no pinta nada, hasta lapróxima solicitación.

Fig. 369. Cebador convencional.

Fig. 370. Cebador electrónico.

Cebador electrónico.

Uno de los problemas que presenta un cebadorconvencional es el parpadeo que,inevitablemente, produce en cada encendidodel tubo que le corresponde.

Esto no representa más que molestia visual.

Y se elimina con la sustitución del cebadorconvencional por uno electrónico.

También presenta un comportamiento curioso:

Más molestia visual.

Cuando un tubo está agotado e intentaencenderse una y otra vez, el cebadorelectrónico bloquea el circuito y no permitemás intentos hasta que no se cambia el tuboen cuestión, evitando la molestia que elparpadeo significa.

La reactancia significa un valor añadido alconsumo y puede llegar a representar un25% más de éste, hasta el punto que unequipo del modelo 65 W de la segunda ge-neración se convierte en un consumidor de75 W ó más.

Por esta circunstancia y puesto que no sepodía prescindir de este elemento, C.E.L.M.A.,(Federación de Asociaciones Nacionales defabricantes de luminarias y componenteseléctricos para luminarias en la Unión Euro-pea) estableció un criterio mediante el cualse calificaba a las reactancias igual que a loselectrodomésticos pero con otra secuenciade letras:

A1, A2, A3, B1, B2, C, D

Y su traducción es:

A1 Balastos electrónicos regulables.

A2 Balastos electrónicos con pérdidasreducidas.

A3 Balastos electrónicos.

B1 Balastos magnéticos con pérdidas muybajas.

B2 Balastos magnéticos con bajas pérdidas.

C Balastos magnéticos con pérdidasmoderadas.

D Balastos magnéticos con pérdidas muy altas.

Y en la serigrafía de la reactancia se deberáapreciar la siguiente expresión: EEI = C

EEI es el índice de eficiencia energética.

Los modelos de eficiencia D dejaron de estaradmitidos en el año 2003.

Los modelos de eficiencia C, lo dejaron enel 2005.

Observamos cómo se está llegando a unoslímites muy estrictos del consumo accesorio.

A los modelos B2 y B1 se les conoce comobajas pérdidas y muy bajas pérdidas.

Los modelos A1, A2, A3 pertenecen a losbalastos electrónicos y puede decirse queno consumen prácticamente nada porqueañaden un rendimiento adicional al tubo altrabajar en alta frecuencia, por lo que sonconocidos también como balastos de altafrecuencia.

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¿Cómo son?

Exteriormente tienen este aspecto:

Fig. 371. Balasto electrónico.

Dentro:

Fig. 372. Balasto por dentro.

Los balastos electrónicos, como loselectromagnéticos, son dispositivoslimitadores de la intensidad del arco eléctrico,que una vez cebado, va "in crescendo",evitando así la destrucción del tubo poravalancha de portadores de carga.

El uso de la electrónica da lugar a unascaracterísticas que no se pueden conseguircon los balastos electromagnéticos comopor ejemplo:

• Una mayor calidad de luz, al eliminarse elparpadeo, ya que el arco oscila pero lohace de forma muy rápida y no se percibe.

• Por la misma razón se elimina el peligrosoefecto estroboscópico.

• La vibración, baja pero perceptible, de lasreactancias convencionales, desaparece.

• Pueden funcionar en corriente continua.

• Si una lámpara se agota, un mecanismointerno apaga inmediatamente el equipo,sin provocar molestos parpadeos.

• Ahorro de energía de hasta un 25 %.

• No necesita cebadores ni condensadores.

• Alargan la vida de las lámparas con elconsiguiente ahorro. Esto se debe a queal funcionar a menor intensidad sedesgastan menos los cátodos y lassustancias fluorescentes de las paredesdel tubo.

• Incorporan filtros de armónicos.

• Posibilitan una disminución de la fatigavisual.

• Disipan muy poca energía en forma decalor con el consiguiente ahorro en aireacondicionado.

• Hay modelos que permiten regular el flujoluminoso, incluir automatismos o inclusoinformatizar el sistema.

• Están protegidos contra transitorios ytrabajan en un amplio rango de tensión.

• La lámpara funciona más cerca de sutemperatura óptima de servicio.

Existen varios tipos de balastos electrónicos:

El encendido es suave con precaldeo.

Pueden ser analógicos o digitales.

En los analógicos la regulación es por señal1-10 V.

Los digitales permiten gestionar el punto deluz y dirigirlo de nuevo, por programación,sin tocar la instalación.

• De encendido instantáneo: Producen elencendido de la lámpara en un tiempoprác t i camente i ns tan táneo , s inprecalentamiento previo de los cátodos.

Se recomienda su uso en zonas donde nose produzcan más de tres encendidos alcabo del día.

• De encendido con precalentamiento: Seproduce el encendido en un tiempo deaproximadamente un segundo.

Previamente los cátodos de la lámpara sonprecalentados, lo que origina un encendidosuave pero no instantáneo.

• Regulables: Permiten la variación de laintensidad luminosa desde el 1 %.

Pasos a considerar para la mejora del alumbrado.

• Identificar la situación actual de la instalación:

1. Tecnologías existentes.

2. Calidad del alumbrado actual (nivel deluz, reproducción cromática, etc.)

3. Necesidades reales de iluminación.

• Analizar las posibilidades de mejora:

1. Potenciales de ahorro energético.

2. Posibilidades de ahorros de mantenimiento.

3. Incremento de calidad del alumbrado.

• Proponer la soluciones de renovación (alter-nativas):

1. Cambio de lámpara.

2. Cambio de lámpara y equipo.

3. Cambio de lámpara, equipo y sistemas decontrol.

4. Cambio de luminaria.

5. Cambio de luminaria y sistemas de control.

Exigencias para elaborar el estudio.1. Planos de planta (CAD).

2. Distribución actual de las luminarias de planta.

3. Alturas de montaje de las luminarias.

4. Tipos de lámparas y equipos.

5. Niveles de luz actuales.

6. Niveles requeridos.

7. Precio KWh.

8. Horarios de uso.

Costes a considerar en el proyecto.• Inversión inicial:

1. Coste luminarias +Equipos + Lámparas.

2. Coste de la instalación.

• Coste sustitución de las lámparas.

• Coste de la energía.

• Coste de mantenimiento:

1. Coste de la mano de la mano de obra.

2. Costes operacionales.

3. Costes por alteración o interrupción dela producción.

Conclusión:

¿Cómo interpretar lo leído?

La incorporación del tubo fluorescente a la gamade fuentes de luz significa la posibilidad de suutilización en la mayor parte de iluminacionesexistentes tanto de interior como de exterior.

Desde el primer momento destacó por unmenor consumo.

Además de ser más eficiente que las lámparasincandescentes y halógenas, el tubo molestamenos al mirarlo fijamente, cosa muy impor-tante, por aquello de poder estar muchas horasen el ámbito de su luz.

Gracias a su integración en luminarias, inclusopequeñas con tubos compactos, podemosiluminar espacios de una forma racional.

La última generación de tubos T5 autoriza suanexión a luminarias de muy poco grosor, quepermiten acoplarse a falsos techos de menorprofundidad.

La utilización de balastos regulables permiteun ahorro hasta del 75% gracias a que, enpresencia de la luz natural, adecuarán el nivelde iluminación al valor prefijado, como porejemplo 500 lux.

Fig. 373 Célula de control de la luz artificial enfunción de la luz que entra por las ventanas.

Utilidad de lo aprendido sobre tubosfluorescentes.

Prácticamente en todas las industrias nosencontramos con una zona dedicada a oficinasen la que suele verse instaladas luminariasfluorescentes.

La envergadura de estas oficinas suele estarrelacionada con la actividad fabril de una formadirectamente proporcional: a mayor actividad,mayor número de operarios y mayor superficiepara las oficinas, en general.

300



Ventana

Fotocélula Luminaria

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10.El Mundo de la Eficiencia Energética