proyecto final circuitos eléctricos ii mer agosto 2011

Proyecto Terico Planta Marzo 2011Estudiantes: Max Reyes 200711120043 Marcos Valladares Catedrtico: Ing. Junior Media Fecha: Lunes, 24 de Agosto de 2011 Asignatura: Circuitos Elctricos II

ndice1. 2. 3. 4. 5. Introduccin Equipos para calcular Potencias Descripcin del Proyecto Formulas para Potencia, Activa, Reactiva y Aparente Clculos : 5.1 Calculo de Potencia en BM1 Potencia 40 motores de 1.5 HP Potencia 6 motores de 6 HP 5.2 Calculo de potencia en BM2 Potencia 10 motores de 5HP Potencia 6 motores de 15 HP 5.3 Calculo de Potencia en BM2 Potencia 6 motores de 30 HP 5.4 Calculo de Potencia en BAC1 Potencia 4 Unidades de 30 mil BTU 5.5 Calculo de Potencia en BAC2 Potencia 4 Unidades de 48 mil BTU 5.6 Calculo de Potencia en BOC1 Potencia en Cargas de 3 mil Kva 5.7 Calculo de Potencias en BOC2 Potencia en cargas de 2 mil Kva 6. Mnimo Factor de Potencia 7. Penalizacin por bajo Factor de Potencia 8. Calculo de banco de Capacitores 9. Graficas 10. Imgenes de Placas de Motores 11. Conclusiones pag. 2 .3 .3 .4 .4 - 14

.15 . .16 .17-18 .18-19 .19-21 .20-23

IntroduccinEn la actualidad el precio de la energa elctrica y de los activos en maquinaria son muy considerables en la industria y comercio del pas, ms en una sociedad cada vez ms tecnolgica e industrializada. En esta situacin importa mucho un factor en las industrias, este es el de potencia que representa la medida en cmo se aprovecha la energa en la red elctrica total. En este trabajo se demuestra la forma de calcular el factor de potencia de toda una instalacin tomando diversos conceptos como conexin y cargas trifsicas y trabajando con datos reales en el comercio de motores, aires acondicionados y otros elementos que demandan un consumo energtico considerable. Adems se explica cmo se puede solucionar este problema en las empresas, mediante los bancos de capacitores, la cual es la ms generalizada para poder ahorrar costos y ampliar el tiempo de vida de los equipos y recursos de la red elctrica y los medios y controles de conexin necesarios para ponerlos en funcionamiento asegurndose que cumplan con su objetivo de mantener el factor de potencia en o sobre el lmite establecido. Se demuestra la forma de calcular el gasto mensual y semanal de la instalacin (en base a los ltimos datos dados por la ENEE) sujeta a una penalizacin por bajo factor de potencia y sin penalizacin, es decir con un factor de potencia dentro del rango aceptado.

Calculo de Potencia Trifsica

Circuitos Elctricos II

Pgina 2

Equipos a calcular PotenciasUna planta industrial tiene una instalacin elctrica con las siguientes cargas: 40 estaciones de trabajo, cada uno con un motor elctrico trifsico de 1. 5 Hp 6 estaciones de trabajo, cada uno con un motor elctrico trifsico de 2 Hp 10 estaciones de trabajo, cada uno con un motor elctrico trifsico de 5 Hp 6 estaciones de trabajo, cada uno con un motor elctrico trifsico de 15 Hp 6 estaciones de trabajo, cada uno con un motor elctrico trifsico de 30 Hp 4 unidades de aire acondicionado de 30,000 BTU 4 unidades de aire acondicionado de 48,000 BTU 3 Cargas Elctricas de 2 kVA con un factor de potencia de 0.8 adelantado. 3 Cargas Elctricas de 3 kVA con un factor de potencia de 0.8 Atrasado.

Todos los equipos descritos operan a su capacidad nominal. Todas las cargas elctricas descritas estn perfectamente balanceadas de manera que todas las lneas de la instalacin trifsica tienen la misma carga.

Descripcin del proyecto:1. Investigar en el mercado local o internet sobre los datos de los motores, unidades de aire acondicionado con ellos determine la carga trifsica total del Plantel. 2. Calcule los KVA, KW y KvAR que demandan los motores o centrales de aire acondicionado de cada capacidad basados en los datos de la placa que se obtuvieron. 3. La potencia demandada de todos los motores o centrales acondicionados es iguales a la multiplicacin de todos los motores, aires acondicionados de la misma capacidad. 4. La potencia demandada por cada uno de los grupos de carga. 5. Crear un perfil de carga por da y por mes con la carga total demandada por la planta. 6. Calcular la energa demandada en das de semana los sbados y los domingos durante un mes que le corresponde al grupo. 7. El mes correspondiente para cada grupo es a partir de Enero 2011 para el grupo Uno, y sucesivamente 8. Investigar como el cliente cumple con las restricciones de factor de potencia. Si no lo cumple calcular la multa que el plantel debe pagar por no cumplir con el factor de potencia mnimo 9. Si el plantel tiene un FP inferior mnimo determine cuantos KVAR se necesita para corregirlo y que opciones tiene para corregir un fp que no es constante, si el factor de potencia se corrige en el alimentador de 13.8KV y cul es su costo y determine si lo puede corregir con capacitores los instalados en los motores y cuales es su costo. 10. Investigue sobre los planes tarifarios de la empresa de energa y determine cual es el plan mas apropiado para su plantel, calcule cuanto pagara su plantel en el mes que le corresponde en cada uno de los planes para los que aplique y presente un cuadro comparativo que lo muestre.



Pgina 3

Soporte Terico.Utilizaremos las formulas matemticas que aprendimos en la clase para realizar el clculo terico de las Potencias, Sn, Pn, Qn en valores RMS, aprendidas en la clase, las cuales se presenta a continuacin:

Datos Generales de ConexinEl tipo de conexin ser ser trifsico, Cabe mencionar que en el pas existen 2 tipos de voltajes disponibles para este tipo de conexiones, en otro caso, se deber hacer una conexin especial y concretizarse con la parte tcnica de la ENEE; estas son la de 240 y 480 V. Calculo de al Potencia para los motores de 1.5 HP :

40 Motores elctrico trifsico Modelo R.P.M. Potencia Nominal Voltaje Amperaje de Carga Eficiencia Nominal Frecuencia Factor de Potencia (fp) 3450 1.5 HP / 1.12 KW 208 230 / 430 V 4.9 4.6 / 2.3 A 80 60 Hz 0.74

Procedemos a encontrar mediante el tringulo de potencias la potencia activa P, potencia reactiva Q y la potencia aparente S. Potencia de salida = 1.15 KW - Haciendo uso de la conversin de unidades de HP a KW tenemos:

Si calculamos S y P nominales en base al voltaje nominal y corriente nominal tenemos



Pgina 4

Si deseamos saber si este resultado es correcto simplemente debemos corroborar el dato de Eficiencia de carga que aparece en el motor:

El dato calculado anteriormente significa que el motor entrega aproximadamente el 82.3% de su capacidad de potencia nominal o al circuito trabajando en condiciones de trabajo con esa capacidad de carga. , y como se puede ver en el clculo el dato encontrado es muy similar al de la placa.

Ahora que ya tenemos las potencias individuales procedemos a encontrar la potencia total para los 40 motores trifsicos:

El tringulo de potencias queda de la siguiente forma para los 40 motores trifsicos de 1.5 HP

Snt Qnt= 49.24 KVAR

73.28 KVA

Pnt fp= .074

54.24 KW



Pgina 5

Calculo de la Potencia para los 6 motores de 2 HP

6 Motores elctrico trifsico Leeson Modelo G130282 R.P.M. 3450 Potencia Nominal 2 HP / 1.5KW Voltaje 208-230 / 480 V Amperaje de Carga 5.7 5.4 / 2.7 Eficiencia de Carga 78 Frecuencia 60 Hz Factor de Potencia (fp) 0.8%

Procedemos a encontrar mediante el tringulo de potencias la potencia activa P, potencia reactiva Q y la potencia aparente S. Potencia de salida = 1.5 KW - Haciendo uso de la conversin de unidades de HP a KW tenemos:


Si deseamos saber si este resultado es correcto simplemente debemos corroborar el dato de Eficiencia de carga que aparece en el motor:

El dato calculado anteriormente significa que el motor entrega aproximadamente el 87.2% de su capacidad de potencia nominal o al circuito trabajando en condiciones de trabajo con esa capacidad de carga. , y como se puede ver en el clculo el dato encontrado es muy similar al de la placa. Ahora que ya tenemos las potencias individuales procedemos a encontrar la potencia total para los 10 motores trifsicos:



Pgina 6

El tringulo de potencias queda de la siguiente forma para los 10 motores trifsicos de 5 HP

Snt Qnt= 7.74 KVAR

12.96 KVA

Pnt fp= 0.8

10.32 KW

El grupo de motores BM1 tiene un consumo total de Potencia :

Motores BM1 1.5 HP 2 HP Total

Sn Potencia Aparente (KVA) 73.28 12.96 86.24

Pn Potencia Activa (KW) 54.24 10.32 64.56

Qn Potencia Reactiva (KVAR) 49.24 7.74 56.98

Ahora encontramos los datos de potencia para los motores de 5 HP: 10 Motores elctrico Trifasicos Modelo A6C17DB1J R.P.M. 1760 Potencia Nominal 5 HP / 0.75 KW Voltaje 208 230 / 430 V Amperaje de Carga 13.9 - 13 / 6.5 A Eficiencia 87.5 Frecuencia 60 Hz Factor de Potencia (fp) 81.7%

Potencia de salida = 3.73 KW - Haciendo uso de la conversin de unidades de HP a KW tenemos:



Pgina 7


El tringulo de potencias queda de la siguiente forma para los 9 motores monofsicos de 1 HP

Snt Qnt= 2.986 KVAR

5.178 KVA

Pnt

4.230 KW

0.817 fp= Si deseamos saber si este resultado es correcto simplemente debemos corroborar el dato de Eficiencia de carga que aparece en el motor:



Ahora encontramos los datos de potencia para los motores de 15 HP:

6 Motores elctrico TrifasicosModelo R.P.M. Potencia Nominal Voltaje Amperaje de Carga Calculo de Potencia Trifsica A6C17DB1J 1760 15 HP / 230 / 430 V 42 / 27 A Circuitos Elctricos II Pgina 8

Eficiencia Frecuencia Factor de Potencia (fp)

80 60 Hz 78%




Snt Qnt= 2.986 KVAR

5.178 KVA

Pnt

4.230 KW






Pgina 9

Carga Total de BM2

Motores BM2 5 HP 15 HP Total

Sn Potencia Aparente (KVA) 51.78 11.71 63.49

Pn Potencia Activa (KW) 42.3 87.6 129.9

Qn Potencia Reactiva (KVAR) 29.89 70.56 100.45

Ahora encontramos los datos de potencia para los motores de 30 HP:

6 Motores elctrico TrifasicosModelo R.P.M. Potencia Nominal Voltaje Amperaje de Carga Eficiencia Frecuencia Factor de Potencia (fp) A6C17DB1J 3555 30 HP / 208 - 230 / 460 V 79 - 70 / 35 A 89.5 60 Hz 87.3%



Calculo de Potencia Trifsica 10


Pgina


Snt Qnt= 13.601 KVAR

27.886 KVA

Pnt

24.344 KW


El dato calculado anteriormente significa que el motor entrega aproximadamente el 87.2% de su capacidad de potencia nominal o al circuito trabajando en condiciones de trabajo con esa capacidad de carga. , y como se puede ver en el clculo el dato encontrado es muy similar al de la placa. Ahora que ya tenemos las potencias individuales procedemos a encontrar la potencia total para los 10 motores trifsicos:

Potencia total BM3

Motores BM2 30 HP Total

Sn Potencia Aparente (KVA) 167.31 167.31

Pn Potencia Activa (KW) 146.31 146.31

Qn Potencia Reactiva (KVAR) 81.6 81.6

Calculamos las potencias asociadas al aire acondicionado Trifasico4 Unidades aire acondicionado Comfortstart NEO 24 Calculo de Potencia Trifsica 11 Circuitos Elctricos II Pgina

Modelo Capacidad Enfriam. Voltaje Amperaje de Carga Potencia Nominal Frecuencia Desempeo

SPC-Mini-54/121 30000 BTU 208 230 / 430 V 11.5 A 2.5 KW 60 Hz 10 BTU/Wh

Calculamos S y P nominales en base al voltaje nominal y corriente nominal tenemos

Ahora que ya tenemos las potencias individuales procedemos a encontrar la potencia total para los 3 U.A trifsicos:

El tringulo de potencias para las 4 unidades de aire acondicionado es:

S Q 3.45 KVAR fp 0.94 P

10.58 KVA

10 KW



Pgina

Calculamos las potencias asociadas al aire acondicionado Trifasico4 Unidades aire acondicionado Comfortstart NEO 24 Modelo SPC-Mini-54/121 Capacidad Enfriam. 48000 BTU Voltaje 208 230 / 430 V Amperaje de Carga 11.5 A Potencia Nominal 2.5 KW Frecuencia 60 Hz Desempeo 10 BTU/Wh

Calculamos S y P nominales en base al voltaje nominal y corriente nominal tenemos


El tringulo de potencias para las 4 unidades de aire acondicionado es:

S Q 3.4 fp 0.94 P Calculo de Potencia Trifsica 13 KVAR

10 KVA

10 KW Circuitos Elctricos II Pgina

Calculo de otras Cargas Elctricas atrasadas

Calculo de otras Cargas Elctricas adelantadas

Ahora procedemos a encontrar el factor de potencia total de la instalacin haciendo la suma de todas las potencias, esta operacin se resume en la tabla inferior.

Grupos de Cargas BM1 BM2 BM3 BAC1 BAC2 BOC1 BOC2 Total

Sn Potencia Aparente (KVA) 86.24 63.49 167.31 10.58 10.58 2 3 343.2

Pn Potencia Activa (KW) 64.56 129.9 146.31 10 10 1.6 2.55 364.92

Qn Potencia Reactiva (KVAR) 56.98 100.45 81.6 3.45 3.45 -1.053 1.5 246.377



Pgina

FP = 1.07 S= 322.04 KVA Q= 239.55 KVAR

P= 344.92 KW

Se puede observar, mediante el factor de potencia encontrado, el cual es de 1.07, que el sistema est utilizando adecuadamente la energa por lo tanto no es necesario instalar banco de capacitores para poder corregir el factor de potencia ya que esta sobre el mnimo requerido por el proveedor estatal.

Mnimo valor de Factor de PotenciaLa potencia reactiva, la cual no produce un trabajo fsico directo en los equipos, es necesaria para producir el flujo electromagntico que pone en funcionamiento motores, transformadores, lmparas fluorescentes, equipos de refrigeracin y otros similares. Cuando la cantidad de estos equipos es apreciable, los requerimientos de potencia reactiva tambin se hacen significativos, lo cual produce una disminucin exagerada del factor de potencia. Un alto consumo de energa reactiva puede producirse como consecuencia principalmente de: 1. Un gran nmero de motores (trifsicos y monofsicos). 2. Presencia de equipos de refrigeracin y aire acondicionado. 3. Una sub-utilizacin de la capacidad instalada en equipos electrnicos, por una mala planificacin y operacin en el sistema elctrico de la industria El Factor de Potencia mide efectivamente, la potencia elctrica que est siendo utilizada. Una medicin de factor de potencia cercana a 1.0 significa que la Energa Elctrica est siendo utilizada eficientemente, mientras que, un bajo Factor de Potencia indica que la energa elctrica est siendo pobremente utilizada. El hecho de que exista un bajo factor de potencia en su industria produce los siguientes inconvenientes: Al abonado: Aumento de la intensidad de corriente Perdidas en los conductores y fuertes cadas de tensin Incrementos de potencia de las plantas, transformadores, reduccin de su vida til y reduccin de la capacidad de conduccin de los conductores. La temperatura de los conductores aumenta y esto disminuye la vida de su aislamiento. Aumentos en sus facturas por consumo de electricidad A la empresa distribuidora de energa: (ENEE) Mayor inversin en los equipos de generacin, ya que su capacidad en KVA debe ser mayor, para poder entrega esa energa reactiva adicional.



Pgina

Debido a esto ltimo, la estatal Empresa Nacional de Energa Elctrica (ENEE) impone multas para las instalaciones que no cumplan con el requisito mnimo de factor de potencia, y da bonificaciones para las empresas que cumplan con este requerimiento, que a la larga, beneficia a ambas, puntualizando en la parte Por ejemplo: si se tiene una planta productiva que estaba operando con 100 kW y la Potencia Aparente consumida fue de 125 kVA, Factor de Potencia = 0.80 (PENALIZADO). El valor mnimo de factor de potencia aceptado por la ENEE es 0.90, menor a este valor, la empresa es sancionada con una multa.

a. Penalizacin por bajo factor de potenciaLa forma que tiene la ENEE para poder penalizar es aplicando la siguiente frmula:

Tambin existe una bonificacin por mantener un factor de potencia en un nivel ptimo de 0.95.

b. Clculo del banco de capacitores para corregir factor de potenciaPodemos encontrar el valor del banco de capacitores de diversas formas, empecemos encontrando este valor mediante la siguiente tabla:



Pgina

Ahora buscamos el valor actual de fp en la fila de la izquierda y la hacemos coincidir con el factor de potencia deseado en este caso, el mnimo, 0.9; el valor que encontraremos es 0.214. Ahora se multiplica la potencia activa por el factor encontrado en la tabla:

El valor anterior de 28 KVAR debe coincidir con el mtodo matemtico siguiente: Encontramos primero S a partir de un tringulo de potencia en donde el factor de potencia sea 0.9, el mnimo requerido por la ENEE. El ngulo

Para encontrar la potencia reactiva del banco de capacitores tenemos

c. Valores estandarizados de capacitanciaLos valores de capacitancia para los bancos de capacitores no tienen valores estandarizados pues eso depender de cada empresa y de la carga reactiva que se necesite. Lo que si es regulado es la cantidad de pasos con se fabrican los bancos; estos van desde 1 hasta 27 pasos que lo que hacen es activar cierta nivel de capacitancia y poder de esta forma ir actuando de acuerdo a la demanda de la empresa. Entre ms pasos tenga el banco, el ajuste ser ms fino de esta forma se asegura acercarse lo ms que se pueda al 1 de factor de potencia, sin embargo esto incurre en ms gastos para la organizacin.

d. Plan Tarifario Pago de consumo de KW con bajo factor de potencia El tiempo trabajado es en un mes 72 horas * 4 semanas = 288 horas

El pago semanal es de Lps. 40,876.30 incluyendo la penalizacin. e. Pago de Consumo de KW con Factor de Potencia Corregido El pago sera igual al consumo en Lps. de KW calculado en el inciso anteriorCalculo de Potencia Trifsica 17 Circuitos Elctricos II Pgina

El pago semanal es de Lps. 33,600.32

Resultado de las Simulaciones Grafico Diaria

60 Potencias (kVA, kW y kVAR) 50

Perfil de potencias y factor de potencia

0.92 0.9 0.88 Factor de Potencia 0.86 0.84 0.82 0.8 0.78 0.76 S (kVA) P (kW) Q (kVAR) Fp

4030 20

100 40552.292 Fecha y hora

Grafico de Potencia consumida en Sbado



Pgina

60 Potencias (kVA, kW y kVAR) 50 40 30 20


0.92 0.9 0.88 0.86 0.84 0.82 0.8 0.78 0.76 Factor de Potencia S (kVA) P (kW) Q (kVAR) Fp

100 40552.292 Fecha y hora

Grafico de Potencia Consumida en Domingo60 Potencias (kVA, kW y kVAR) 50 40 30 20 10 0 40552.292 Fecha y hora


0.92 0.9 0.88 0.86 0.84 0.82 0.8 0.78 0.76 Factor de Potencia S (kVA) P (kW) Q (kVAR)

Fp

Motor 1.5 HP



Pgina

Motor 2 HP



Pgina

Motor 5 HP



Pgina

Motor 15 HP

Motor 30 HP



Pgina

ConclusionesEl factor de potencia se puede definir como la relacin que existe entre la potencia activa (KW) y la potencia aparente (KVA) y es indicativo de la eficiencia con que se est utilizando la energa elctrica para producir un trabajo til. El origen del bajo factor de potencia son las cargas de naturaleza inductiva, entre las que destacan los motores de induccin, los cuales pueden agravarlo si no se operan en las condiciones para las que fueron diseados. El bajo factor de potencia es causa de recargos en la cuenta de energa Elctrica los cuales llegan a ser significativos cuando el factor de potencia es reducido. Un bajo factor de potencia limita la capacidad de los equipos con el riesgo de incurrir en sobrecargas peligrosas y prdidas excesivas con un dispendio de energa. El primer paso en la correccin del factor es el prevenirlo mediante la seleccin y operacin correcta de los equipos. Por ejemplo, adecuando la carga de los motores a su valor nominal. Los capacitores de potencia son la forma ms prctica y econmica para mejorar el factor de potencia, sobre todo en instalaciones existentes. El costo de los capacitores se recupera rpidamente, tan slo por los ahorros que se tienen al evitar los recargos por bajo factor de potencia en el recibo de energa elctrica. Entre ms cerca se conecten los capacitores de la carga que van a compensar, mayores son los beneficios que se obtienen. Cuando las variaciones de la carga son significativas, es recomendable el empleo de bancos de capacitores automticos. a correccin del factor de potencia puede ser un problema complejo. Recurrir a especialistas es conveniente, si no se cuenta con los elementos necesarios para resolverlo.



Pgina



Pgina

proyecto final circuitos eléctricos ii mer agosto 2011

Documents