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Daniel Carazo Álvarez
Eficiencia energética en sistemas eléctricos de gran consumo
SOLUCIONES MEDIANTE TRANSFORMADORES
Dr. Ingeniero Industrial – Profesor S. I.
Ofeinco S.L. – Universidad de Jaén
Eficiencia energética: soluciones mediante transformadores
EFICIENCIA ENERGÉTICA:
Optimizar los parámetros técnicos de la energía eléctrica demandada para minimizar el consumo energético.
Introducción
“Ahorradores” “Economizadores” “Optimizadores”
1.Introducción 2.C. Reactiva 3.F. Armónicos 4.E. fases 5.O
. tensión 6.Resum
en
Acciones a realizar sobre la señal eléctrica:
- Compensación de Energía Reactiva.
- Filtrado de armónicos.
- Equilibrado de fases.
- Optimización de la tensión.
Eficiencia energética: soluciones mediante transformadores
Introducción
2 tipos de equipos que permiten actuar sobre dichos parámetros:
→ Electrónicos: menor coste y menor vida útil (típicamente 5 – 8 años).
→ Transformadores: solución más robusta (mínimo 15 – 20 años).
1.Introducción 2.C. Reactiva 3.F. Armónicos 4.E. fases 5.O
. tensión 6.Resum
en
Eficiencia energética: soluciones mediante transformadores
Introducción
¿Cómo realiza la optimización el transformador?
Modificando el número de espiras de cada devanado y cruzando los devanados de cada fase, se actúa sobre el flujo magnético y las condiciones de salida de la señal eléctrica.
1.Introducción 2.C. Reactiva 3.F. Armónicos 4.E. fases 5.O
. tensión 6.Resum
en
Eficiencia energética: soluciones mediante transformadores
Compensación de Reactiva 1.Introducción 2.C. Reactiva 3.F. Arm
ónicos 4.E. fases 5.O. tensión 6.Resum
en
POTENCIA ACTIVA (kW)
POTENCIA REACTIVA (kVAr)
POTENCIA APARENTE
(kVA)
φ
FACTOR DE POTENCIA = cos φ
Todas las instalaciones requieren de energía reactiva para su funcionamiento, empleada en la creación de campos eléctricos y/o magnéticos en el interior de los receptores (excepto resistencias puras). Cuando cos Φ < 0,95 se incurre en penalización, coste que debe compensarse. La compensación se realiza tradicionalmente mediante baterías de condensadores con diferentes escalones de potencia que se regulan según demanda. Un optimizador puede apoyar a la batería compensando aquella reactiva que es insuficiente para añadir un escalón. El transformador puede modificar el ángulo Φ mediante la variación de las impedancias internas.
Eficiencia energética: soluciones mediante transformadores
1.Introducción 2.C. Reactiva 3.F. Armónicos 4.E. fases 5.O
. tensión 6.Resumen
Filtrado de armónicos
Los armónicos son distorsiones de la onda sinusoidal de tensión/intensidad, con frecuencias que son múltiplos enteros de 50 Hz, que es la frecuencia nominal del
sistema en España.
A pesar de que su amplitud es inferior, no dejan de ser ruido en la señal, que se traduce en un consumo añadido de energía, además de otros muchos efectos
dañinos para la instalación: sobrecarga del neutro y de condensadores, disparos intempestivos de protecciones, distorsiones en sistemas de comunicaciones,…
Eficiencia energética: soluciones mediante transformadores
Son debidas a equipos y cargas de características no lineales:
Filtrado de armónicos 1.Introducción 2.C. Reactiva 3.F. Arm
ónicos 4.E. fases 5.O. tensión 6.Resum
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• Variadores de frecuencia.
• Estabilizadores electrónicos de lámparas fluorescentes.
• Hornos de inducción ó de arco eléctrico.
• Equipos de soldadura eléctrica.
• Sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI ó UPS).
• ...
Transformadores y filtros son los elementos habitualmente empleados para eliminar los armónicas en una instalación. Un transformador evita
el paso de corrientes armónicas mediante conexiones estrella – triángulo de los bobinados trifásicos.
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Equilibrado de fases 1.Introducción 2.C. Reactiva 3.F. Arm
ónicos 4.E. fases 5.O. tensión 6.Resum
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El equilibrado de fases hace referencia al reparto equitativo del consumo en nuestra instalación trifásica entre cada una de las fases.
Efectos dañinos para la instalación:
o Circulación de corriente por el neutro.
oSobrecalentamiento en receptores y aparamenta.
o Disparo intempestivo de protecciones.
o Incremento de las pérdidas en las líneas.
o Potencia demandada superior.
Mayor consumo energético
Eficiencia energética: soluciones mediante transformadores
Equilibrado de fases 1.Introducción 2.C. Reactiva 3.F. Arm
ónicos 4.E. fases 5.O. tensión 6.Resum
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Un desequilibrio de hasta el 8 - 10%:es aceptable, siendo este la diferencia en % entre la Intensidad máxima y la media de las tres fases.
Un transformador con bobinados cruzados y de espiras variables puede auto-ajustarse para realizar un equilibrado de las fases..
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Optimización de la tensión 1.Introducción 2.C. Reactiva 3.F. Arm
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La tensión de suministro de la red resulta, en muchas ocasiones, superior a la necesaria para que funcionen nuestros receptores.
→ Hasta 1995: 380/220 V ±6%.
Armonización de la tensión de suministro en Europa:
→ A partir de 2003: 400/230 V ±10%.
Sin embargo, la mayoría de receptores funcionan perfectamente a una tensión inferior a la de suministro actual.
El efecto de alimentar a un receptor a una tensión
superior a la necesaria supone:
• Aumento de las pérdidas.
• Aumento del consumo.
• Acortamiento de la vida útil de receptores.
El aumento del consumo se produce en aquellos receptores en los que el consumo varía con la tensión suministrada (cargas voltio dependientes ó
dependientes de la tensión).
Eficiencia energética: soluciones mediante transformadores
Optimización de la tensión 1.Introducción 2.C. Reactiva 3.F. Arm
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La optimización de la tensión no consiste sólo en reducirla, sino también en eliminar el ruido (armónicos) de la señal.
La reducción de tensión puede realizarse mediante el ajuste de la relación de transformación de un transformador-optimizador.
Una reducción excesiva de la tensión puede producir apagados inesperados y mal
funcionamiento de los receptores.
Análisis previo
Eficiencia energética: soluciones mediante transformadores
Resumen 1.Introducción 2.C. Reactiva 3.F. Arm
ónicos 4.E. fases 5.O. tensión 6.Resum
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Técnicamente se demuestra que se puede mejorar la eficiencia energética de nuestra instalación empleando transformadores como equipos optimizadores.
Estos equipos actúan sobre uno o varios parámetros de la señal eléctrica, de manera que se obtiene un ahorro energético sin afectar al buen funcionamiento
de los equipos receptores.
La repercusión de esta optimización en nuestra instalación dependerá de lo desviados
que se encuentren esos parámetros.
Es fundamental un análisis previo de la señal eléctrica para determinar qué efectos nos
puede interesar corregir.
Eficiencia energética: soluciones mediante transformadores
Resumen 1.Introducción 2.C. Reactiva 3.F. Arm
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Los equipos optimizadores generan un ahorro pero suponen una inversión, de manera que aquél debe ser suficientemente grande como para justificar esta.
Pueden establecerse planes de amortización por ahorros (ESCO).
Debe acordarse una metodología de verificación de ahorros.
Viabilidad técnica.
Viabilidad económica.
Dar el paso.
Eficiencia energética: soluciones mediante transformadores
Coste (€) = Consumo (MWh) x Precio (€/MWh)
Equipos Optimizadores Optimización del coste
(minimizar el precio).
Asesores energéticos desde 1973
Eficiencia energética: soluciones mediante transformadores
Gracias por su atención