Calidad de la energía para no iniciados (III)

Entendiendo de parámetros y métodos de medición

 

¿Si recordamos el concepto de Calidad de la energía?

 

Es el suministro de energía eléctrica a equipos y dispositivos donde, dicha energía, reúne las características y condiciones adecuadas que permitan mantener su continuidad sin que se afecte el desempeño ni provoque fallas a equipos y/o componentes.

 

Esas condiciones adecuadas en el suministro implican que hay ausencia de: interrupciones, sobretensiones, deformaciones y variaciones (disturbios).

 

En contraste, cuando existen uno o varios disturbios, existe un desaprovechamiento de la energía al no existir condiciones adecuadas.

 

 

¿Cómo se manifiesta  ese desaprovechamiento?

• En un consumo de energía más elevado que el habitual
• Disturbios visibles o evidentes tales como parpadeos, sobrecalentamiento de equipos y/o conductores eléctricos, baja tensión en determinados puntos, entre otros.

 

 

¿Cómo se cuantifica ese desaprovechamiento?

 

Haciendo mediciones puntuales sobre:

 

1.- La energía consumida por unidad de tiempo (kilowatts-hora; kW-h)

 

Muchos confunden los términos Watt y Watt-hora pese a que tienen que ver con conceptos totalmente diferentes: potencia y energía.

 

Potencia: es la rapidez con la cual se consume la energía. Se mide en Watts (1 Watt es un Joule consumido en un segundo; 1 W = 1 J/s)

 

Cuando en un foco leemos:

 

“60 W”

 

lo que realmente debemos entender es:

 

“esta lámpara demanda o requiere 60 W por cada hora”

 

 

Energía: no es más que la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo eléctrico cualquiera para realizar un trabajo. Se mide en Joules (J) o en Watts-hora (W-h)

 

1 Watt-hora = 3600 Joules

 

 

Si retomamos nuestro foco de 60 W, y lo dejamos encendido durante 3 horas, la energía que ha consumido en ese lapso es:

 

60 Watts x 3 horas = 180 Watts-hora

 

 

Aquí lo interesante es ver cómo la energía consumida no es otra cosa más que el acumulado de todo lo que, en ese lapso, ha estado demandando energía.

 

Para medir la energía, hay que utilizar un analizador de redes eléctricas. De esta forma, podremos comparar los valores para detectar incrementos anormales y los puntos donde el mismo se presenta.

 

 

2.- Factor de potencia (naturaleza de las cargas eléctricas: inductiva, capacitiva o resistiva)

 

El factor de potencia se define como el cociente de la relación de la potencia activa entre la potencia aparente; esto es:

 

Comúnmente, el factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo en relación con la energía suministrada o total.

 

El valor ideal del factor de potencia es 1, esto  indica que toda la energía consumida por los aparatos ha sido transformada en trabajo. Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad significa un mayor consumo de energía necesaria para producir un trabajo útil.

 

La potencia efectiva o real es la que en el proceso de transformación de la energía eléctrica se aprovecha como trabajo.

 

La potencia reactiva es la encargada de generar el campo magnético que requieren para su funcionamiento los equipos inductivos como son motores, algunos equipos de iluminación y transformadores. Evidentemente, no podemos prescindir de esta energía pero sí podemos reducirla.

 

Es bastante improbable que el factor de potencia en nuestro sistema sea la unidad pero, lo que puede ser muy probable, es acercarlo a valores cercanos al 95%.

 

El valor promedio del factor de potencia, puede ser determinado con el recibo de la compañía suministradora y con la ayuda de un analizador de redes (igualito que para medir la energía).

 

Si se detecta un bajo valor en el factor de potencia, evidentemente existe o existirá una penalización.

 

Para corregir el bajo factor de potencia, se requerirá la ayuda de un banco de capacitores (previo dimensionamiento).

 

 

3.- La hora donde se consume la mayor cantidad de energía (picos de demanda)

De acuerdo a la cantidad de energía que se consume, se establecen, por parte de las compañías suministradoras, diferentes tarifas. Cada una de ellas debe reunir determinados requisitos para poder ser contratadas.

 

La tarifa que más se emplea para la industria, es la famosa HM (tarifa horaria para servicio general en media tensión, con demanda de 100 kW o más).

 

Y esta tarifa tiene la peculiaridad de que, dependiendo de la hora, la energía consumida tendrá costos diferentes:

 

Para determinar los lapsos en los cuales se presentan mayores picos de demanda, debemos recurrir otra vez a un analizador de redes.

 

El analizador dará información precisa de los procesos y tiempos en los cuales se presentan los picos de demanda.

 

Es fundamental, registrar la potencia y tensión eléctrica de tableros principales y las cargas más importantes (para ir identificando el punto donde existen consumos elevados).

 

De ahí, habrá que registrarse kW, kW-h y factor de potencia que proporcione el analizador.

 

Después, identificar los horarios donde existen picos.

 

Por último, reasignar operaciones de tal forma que todo aquello que consume más energía evite a toda costa el horario punta y se reasigne en horarios base o intermedio.

 

 

4.- Desequilibrio o desbalanceo en las fases

 

La afectación principal de este hecho es la degradación paulatina del transformador al no encontrarse trabajando de forma óptima.

 

Esa degradación, viene acompañada por una pérdida de energía en forma de calor.

 

La solución es, para empezar, hacer un registro de potencia, tensión eléctrica e intensidad de corriente de los tableros principales para definir, en el papel, si esos tableros se encuentran balanceados o no.

 

Si existe desbalanceo, hacer el ajuste respectivo tanto en papel (planos y diagramas; considerando cargas constantes, medias y reducidas), así como en campo.

 

Aún con este ejercicio, se recomienda monitorear con el analizador de redes el comportamiento de los tableros para detectar cualquier anomalía.

 

 

5.- La presencia de armónicos al interior del sistema

 

Armónicas son otras componentes de la energía total suministrada que no se aprovecha.

 

Las armónicas, son ondas de corriente y voltaje; múltiplos de la fundamental  y que se producen cuando dentro de las instalaciones eléctricas existen equipos que no se comportan de manera lineal (equipo electrónico como es el caso de las UPS para alimentar computadoras, controles de velocidad para motores de corriente directa, controladores de velocidad para motores de corriente alterna, etc.).

 

Dado que las armónicas se suman a los valores fundamentales, trae como consecuencia que los equipos instalados en lugares donde existen estas, no estén trabajando en condiciones nomínales, ya que ni el voltaje ni la corriente van a ser los marcados en placa.

 

Para determinar si en una instalación existen armónicas, es necesario realizar mediciones con un analizador de redes (otra vez presente).

 

De acuerdo con el contenido de armónicas encontrado, se determinará el tamaño y características de un filtro de armónicas (la mejor solución).

 

 

6.-Calor disipado

 

Son muy pocos los procesos que se escapan de perder energía en forma de calor.

 

Pero, existen algunas razones muy típicas que propician la perdida de energía en forma de calor. A saber:

• Cargas desequilibradas
• Armónicas
• Sobrecargas en motores y/o en procesos en general
• Conexiones flojas o dañadas
• Falla en el aislamiento de conductores
• Falla de partes mecánicas (como contactores)
• Error en el dimensionamiento o colocación de conductores eléctricos
• Mala ventilación
• Equipos y/o componentes mal dimensionados

 

Independientemente del análisis y las posibles soluciones que se han dado en los puntos 1 al 5, existe otra rutina importante que debe considerarse: la inspección de elementos mediante un examen termográfico.

 

Esa medición de la temperatura debe considerar, por un lado, las condiciones de trabajo y todo el proceso (no es lo mismo tomar la temperatura de un motor apagado, que uno que lleva 1 hora, a otro que tiene 8 horas); por otra parte, debe considerarse la temperatura que existe entre componentes o equipos similares (para no sacar conclusiones apresuradas y engañosas).

 

 

Un análisis termográfico se hace extensivo, básicamente, a:

• Tableros (interruptores derivados)
• Cajas de empalmes y conexiones
• Interruptores de seguridad con fusibles
• Interruptores y contactores de toda especie
• Aisladores
• Subestación eléctrica
• Transformadores
• Motores (en bornes eléctricos y en zona de rotación)
• Equipos eléctricos en general (en todas sus terminales)

 

Las posibles soluciones dependerán de las lecturas y el posterior análisis realizado aunque las mismas están englobadas en: reapriete de conexiones, un servicio de mantenimiento, y la sustitución de elementos o equipos.

 

 

Conclusiones

 

La energía cuesta.

 

Y son muchas las consideraciones que debemos de observar al interior de nuestro sistema eléctrico para determinar si estamos haciendo eficiente el costo de esa energía o, por el contrario, existen puntos donde la misma se desaprovecha.

 

El descuidar este tipo de indicadores puede resultar, además de los costos energéticos, en un incremento de fallas, pérdidas y daños en producción y equipamiento al no existir condiciones adecuadas.

 

Toca entonces, crear un nuevo segmento a observar dentro de las rutinas e inspecciones que se tienen en cualquier empresa. Lo importante es que, a partir de este momento, se pueda hace un análisis detallado que enriquezca el proceso al hacerlo más eficiente incluso en aquello que no siempre vemos, pero que está presente: la energía.

 

 

Consideraciones finales

 

Hay que acostumbrarse a registrar y documentar:

• Consumo eléctrico y los parámetros asociados al mismo (factor de potencia y armónicos).
• Todos los cambios que existan al interior de nuestras instalaciones. Todos, por mínimos que parezcan

 

Toma en cuenta, como elementales normas de seguridad al momento de hacer inspecciones, lo siguiente:

• Inspección visual directa (a menos de que sea estrictamente necesario, no metas mano sin previo análisis de la situación).
• Toma nota de todo lo que veas. Acostúmbrate a usar bitácoras.
• Comprende muy bien los procesos.
• Únicamente las personas calificadas, pueden tener acceso a quipos o elementos energizados.
• Usa siempre equipo de protección personal general en la zona de trabajo
• La regla de oro: si no estás seguro, no lo hagas.

 

Todos los textos en color azul, son ligas en desarrollo sobre determinados temas que pretenden enriquecer más a detalle todo lo visto en las tres entregas sobre calidad de la energía.