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April 11, 2023 | Author: Anonymous | Category: N/A
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Dimensionamiento y selección de conductores eléctricos
UNIDAD VI
Evaluación Económica
Unidad VI
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Índice Unidad VI: “EVALUACIÓN ECONÓMICA” 1. 2. 3.
INT INTROD RODUCC UCCIÓN..... IÓN........ ...... ....... ....... ...... ...... ...... ...... ....... ....... ...... ...... ...... ...... ....... ....... ...... ...... ...... ...... ...... ....... ....... ...... ...... ...... ...... ....... ...... 3 OBJ OBJETI ETIVOS VOS... ...... ....... ....... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ....... ....... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ....... ....... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ....... ....... ..... .. 3 CON CONTEN TENIDO IDO DE CURSO..... CURSO........ ...... ...... ...... ....... ....... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ....... ....... ...... ...... ...... ...... ...... ....... ....... ...... ...... ...... ...... ..... 3 3.1.CONformación de las redes ............................................................................ 3 3.2 EFICIENCIA EN LAS REDES DE DISTRIBUCIÓN D DEE ELECTRICIDAD................... 4 3. 3.2. 2.1. 1. MÉ MÉTO TODO DOSS PARA PARA R RED EDUC UCIR IR LAS LAS PÉR PÉRDI DIDA DASS ELÉC ELÉCTR TRIC ICAS AS .... ....... ..... .... .... ..... ..... .... .. 4 3.3 SECCIÓN ECONÓMICA ................................................................................... 6 3.4APLICACIÒN................................................................................................10 4. RESUMEN RESUMEN ...... ............. ............. ............ ............ ............. ............. ............ ............. ............. ............ ............ ............. ............. ............ ............ .........13 ...13 5. PRE PREGUN GUNTAS TAS DE AUT AUTOCO OCOMPR MPROBA OBACIÓ CIÓN N ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ....... ....... ...... ...... ...... ...... ...... ....... ....... ...... ...... ...... ....14 .14 6. RES RESPUE PUESTA STASS A LAS PRE PREGUN GUNTAS TAS DE AUTOCO AUTOCOMPR MPROBA OBACIÓ CIÓN N .... ....... ...... ...... ....... ....... ...... ...... .......1 ....155
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UNIDAD VI “EVALUACIÓN ECONÓMICA” ECONÓMICA” 1. INTRODUCCIÓN Dado los elevados costos de la electricidad, es que presentamos la última unidad del presente curso con la finalidad que sea de mucha utilidad en la evaluación técnico económica de sus redes y sus cargas, respectivamente. 2. OBJETIVOS Aplicar una metodología para que Ud. encuentre los siguientes costos: costos: Costos de inversión. Costos de pérdidas. Tiempo de retorno de la inversión (TRI). -
-
-
3. CONTENIDO DE CURSO 3.1. CONFORMACIÓN DE LAS REDES Las pérdidas energéticas en los sistemas eléctricos están concentrados esencialmente en dos grandes rubros: Los alimentadores (conductores eléctricos). Cargas: • Máquinas rotativas. • Transformadores de distribución y potencia. • Cargas diversas. ZONA EN ESTUDIO RED DE DISTRIBUCION Longitud del conductor conductor 180 m
Cable tipo NYY 35 mm²
BARRA EN BAJA TENSION
460 VOLTIOS 60 HZ
CARGAS DIVERSAS
TGF1.
Fig. 6.1 Esquema unif unifilar ilar de lla a ubicación del TGF1.
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Claro está que ahorraremos energía en la medida que las cargas sean: • Motores, generadores y sus sistemas de acoplamiento eficientes. • Transformadores eficientes. • Controladores electrónicos de velocidad eficientes. • Bombas y ventiladores eficientes. • Implementación de procesos eficientes (automatización). • Sistemas de iluminación eficientes. • Sistemas de refrigeración y aire acondicionado eficientes. • Eficientes computadoras con procesadores rápidos y eficaces. A continuación, analizaremos la eficiencia de los alimentadores para hacer una EVALUACIÓN ECONÓMICA que nos permita encontrar una sección óptima. Una estrategia de optimización de la eficiencia que utiliza la electricidad en los distintos sectores es: focalizar los esfuerzos para cuantificar los valores reales de consumo y pérdidas que se presentan en las empresas. En los diversos sectores industriales manufactureros podemos encontrar que el uso final de la energía es como sigue:
Tabla 6.1. SECTORES Y USOS FINALES
Sector consumidor Industria Manufacturera Minería Residencial Gran Comercial Comercio menor
Uso final Fuerza motriz. Iluminación. Climatización Iluminación. Climatización Refrigeración Iluminación. Climatización Refrigeración Iluminación. Climatización Refrigeración
3.2 EFICIENCIA EN LAS REDES DE DISTRIBUCIÓN DE ELECTRICIDAD Las pérdidaspara eléctricas eléctricas en un los consumo sistemas de distribución de destinado electricidada constituyen, el usuario, importante, perointerna no está satisfacer los requerimientos reales de sus s us instalaciones productivas o de servicios. La reducción de las pérdidas, producto de la selección de máquinas rotativas, transformadores, alimentadores, etc. en base a un criterio de eficiencia eficiencia y un óptimo manejo de la energía reactiva, entre otras medidas, permitirá disponer de un sistema eficiente de distribución de electricidad. 3.2.1 MÉTODOS PARA REDUCIR LAS PÉRDIDAS ELÉCTRICAS Teniéndose en cuenta que las pérdidas producidas en los alimentadores (conductores eléctricos) perjudican la economía del producto final y siendo nuestro tema, el estudio de la minimización de las mismas, es que a continuación presentamos diversos métodos que lograrán optimizar la operación de las cargas. A continuación presentamos los siguientes siguientes métodos. Unidad VI
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OPTIMIZAR LA SECCIÓN DEL CONDUCTOR. Para optimizar la sección de un conductor en un proyecto ya realizado, seguir las siguientes alternativas: a. Reemplazar los Reemplazar los conductores definidos por las normas vigentes de nuestro país (capaces de soportar el calentamiento máximo asociado a la carga prevista y de asegurar una caída de tensión inferior al límite establecido pordel las conductor normas), por de mayor calibre (en la medida que el costo nootros supere el valor monetario de las pérdidas). b. Agregar Agregar alimentadores alimentadores en paralelo a los ya existentes siguiendo la normatividad vigente, obteniéndose un conductor final de mayor sección. c. Incrementar Incrementar el el nivel de tensión de distribución como sigue: -
Si las máquinas pueden trabajar en 220 / 380 voltios, se cambia para trabajar a 380 voltios. La corriente de carga habrá disminuido en 37% respecto a la nomin nominal. al. La nueva corriente será 00,57% ,57% In.
-
Si las máquinas pueden trabajar en 220 / 440 voltios, se cambia para trabajar en 440 Voltios. La corriente de carga habrá disminuido en 50% respecto a la nomin nominal. al. La nueva corriente será 00,5% ,5% In.
d. Agregar bancos de condensadores completamente condensadores completamente automatizados los mismos que, según su instalación, toman los siguientes nombres:
-
-
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Compensación localizada o individual. Compensación sectorizada. Compensación centralizada.
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Banco de condensadores COMPENSACION CENTRALIZADA
1
1
2
3
….
10
11
12
COMPENSACION LOCALIZADA
COMPENSACION SECTORIZADA
M
1
CARGAS DIVERSAS
1
2
3
4
5
6
Fig. 6.2 Esquema unifilar de la compensación compensación reactiva
El objetivo es mejorar el factor de potencia, liberando de esta manera una porcentaje importante de la carga reactiva a los conductores eléctricos principales y así mejorar la capacidad de transporte de las redes. e. Equilibrar Equilibrar la corrientes de las fases del sistema trifásico para contar con un sistema balanceado. f. Seleccionar Seleccionar para el proyecto, transformadores modernos, con PÉRDIDAS GARANTIZADAS, normalizados por la IEC e IEEE. Son transformadores eficientes y presentan bajos niveles de pérdidas. 3.3
SECCIÓN ECONÓMICA Cuando un proyecto es nuevo, se recomienda encontrar la sección económica (área transversal más adecuada de los conductores eléctricos) que a corto plazo nos proporciona ahorro de energía, pero a mediano y largo plazo obtendremos ventajas económicas en el sistema eléctrico. Presentamos a continuación una metodología que nos va ha permitir: • Encontrar la sección adecuada del alimentador. • Disminuir considerablemente las pérdidas producidas en él. • Producir ventajas económicas y de operación.
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La sección económica se obtiene con la siguiente expresión:
qw = {q1 . q2 . hv . St (V1 – V2) / (P1 – P2) . p} 1/2 mm²
Costos $/año
q1
qw
q2 Sección de los conductores mm²
Fig. 6.3 6.3 Costos anuales, de pérdidas y servicio de capital.
Autor Verlags Frankfurt / main. SIEMENS
Fig. 6.4 Valor medio de de horas de pérdidas hv vs tiempo de utilización utilización hb
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Donde: qw: q1: q2:: q2 V1:
V2:: hv: hv St: P1: P2: P: T:
Sección ec económica. Es la la se sección m míínima ddee lo los ccoonductores, de determinada ppoor la la ca capacidad de carga o la caída de tensión. Secc Sección ión má máxi xima ma de de lo loss co cond nduc ucto tore ress se segú gúnn lilist staa de pre preci cios os ddel el fabricante. Pérdidas en el cable para la potencia de transmisión requerida, que pueden ser obtenidos a partir de la fig.6.5 y de las tablas de capacidad de carga en amperios del fabricante. Idemero m ro V1.ddee ho Nú Núme hora rass de pérd pérdid idas as sseg egún ún la fig fig.. 6. 6.44 ó de la tab tabla la 6.3 6.3.. Cos osttos de la la eennergía eelléctrica. Pre Precio cioss actua actuales les de llos os ccabl ables es ccorr orresp espond ondien ientes tes a las las se secci ccione oness de los conductores q1 y q2 en las mismas condiciones económicas. Idem P1. Fact Factor or de serv servic icio io del del ccaapi pita tal.l. p = (T + 1) 1) / 10 1000% Tasa Tasa anua anuall de de aamo mort rtiz izaaci cion ones es se segú gúnn ta tabla bla 6.3 6.3..
El factor de servicio del capital se considera, además, un 1% en concepto de mantenimiento y reparación. POTENCIA DE PéRDIDAS
SECCION DELOS CONDUCTORES Q
Fig 6.5. Potencia de pérdidas en cables de tres conductor es , con armadura, cargados simetrica mente.
Para Uo / Un 0.6/1 kv y 3.6 / 6kv para una temperatura máxima admisible de los conductor es de 80°C
INTENSIDAD i ENLOS CONDUCTORES
Tabla 6.2. TIEMPO DE VIDA ÚTIL DE LOS CONDUCTORES DE BAJA Y MEDIA TENSIÓN CONDUCTOR SEGÚN EL NIVEL DE TENSIÓN BAJA TENSIÓN MEDIA TENSION
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VIDA ÚTIL 25 AÑOS 35 AÑOS
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Tabla 6.3. Número de horas de pérdidas para distintas modalidades de servicio Modalidad de servicio
Ejemplo
Ocasional
Accionamientos de control, servomotores, máquinas agrícolas
Carga irregular durante un turno o carga uniforme temporalmente Carga irregular en servicio de varios turnos Carga uniforme en servicio de varios turnos Plena carga, desconexión sólo ocasionalmente
hv h / año. APROX. Hasta 500
Máquinas herramientas, accionamientos de bombas, calefacción de locales.
500 a 1 500
Máquinas herramientas, calefacción industrial.
1 500 a 2 500 1 500 a 3 500
Calefacción industria química, centrales eléctricas de carga básica
3 500 a 7 000
Drenaje y ventilación de minas
7 000 a 8 000
hv es el número de horas de pérdidas aproximadamente h / año. Tabla 6.4 Tasas de amortización T en tantos por ciento del valor de adquisición Tipo de interés %
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Período de amortización, en años 15 20 25 30 Tasa de amortización, en tantos por ciento
35
0,00 3,00 3,25
10,000 11,732 11,873
6,667 8,377 8,529
5,000 6,722 6,878
4,000 5,743 5,904
3,333 5,102 5,268
2,857 4,654 4,825
3,50 3,75 4,00
12,024 12,176 12,329
8,683 8,838 8,994
7,036 7,196 7,358
6,067 6,233 6,401
5,437 5,609 5,783
5,000 5,177 5,358
4,25 4,50 4,75
12,483 12,638 12,794
9,152 9,311 9,472
7,522 7,688 7,855
6,571 6,744 6,919
5,960 6,139 6,321
5,541 5,727 5,916
5,00 5,50 6,00
12,950 13,267 13,587
9,634 9,963 10,296
8,024 8,368 8,718
7,095 7,455 7,823
6,505 6,881 7,267
6,107 6,497 6,897
7,00 8,00
14,238 14,903
10,979 11,683
9,439 10,185
8,581 9,368
8,059 8,883
7,723 8,580
9,00
15,582
12,406
10,955
10,181
9,734
9,464
10,00
16,275
13,147
11,746
11,017
10,608
10,369
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3.4 APLICACIÓN Conductores tipo N2XSY 3 x 1 x 70 mm2 Tensión nominal 10 kV Tensión de catálogo 6/15 kV Corriente de carga 200 A Secciones: q = 70 mm2 1
tabla en mm2
q2 = 240 mm2
tabla en mm2
q1.q2 = 16 800 •
Pérdidas (para este cable, su factor de corrección es 1,03 por diseño) Luego de la figura 6.5. Para 70 mm2 Para 240 mm2
con 200 A con 200 A
V1 = 40 V2 = 12
(V1 – V2) f c = (40 – 12) 1,03 = 28,8 •
Precio actual del cable $ / Km P1 = 30 600 P2 = 74 100 P2 – P1 = 43 500
•
Número de horas de pérdidas al año de la tabla 6.3 hv = 2 200
•
Precio de la energía (St) $ / Kmh = 0,09 Costo Internacional
•
Costo de las pérdidas en el cable hv x St = 2 200 x 0,09 = 198
•
Tasa de amortización (% / año). Ver tabla 6.4 Escogemos 8% y 35 años y encontramos 8,58 = T.
•
Factor de servicio del capital p = (T + 1)/100 = 0,095 8
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Luego: qw = {[16 800 x 28,8 x 198] / [43 500 x 0,095 8 ]}1/2
qw = 152 mm2
Evaluación económica del proyecto N°4 de la unidad IV Cable calculado 3 x 1 x 25 mm2 Longitud ....................... 180 m Pérdidas = Up x I = 10,69 x 103,2 = 1 103,2 vatios Costo de pérdida de energía = S/. 0,260 7 / kWh Luego: 1 103,2 kW x 0,260 7 S/. / kWh. Costo de la energía perdida = S/. 0,287 6 / kWh En un período de 8 horas diarias, durante un año, tenemos que las pérdidas son: S/. 840 / año = $ 240 (tipo de cambio: S/. 3,50) 2
El costo del cable NYY de 25 mm = $ 795 Con el fin de ahorrar dinero cambiamos el alimentador principal a: Cable recomendado 3 x 1 x 35 mm2 • • •
Cable tipo NYY 35 mm2 Ahora: Up = 10,69 x (25/35) = 7,64 V Pérdidas = 7,64 x 103,2 = 0,788 kW
Si analizamos en un período de un año solo las pérdidas producidas en el alimentador Tenemos un período 8 horas diarias un año. • 0,788 x 0,260 7 = 0,205 4 S/ h • Pérdidas = S/. 600 / año = $ 171,43 (tipo cambio S/ 3,50) Costo del cable NYY 35 mm2 = $ 1 075 Diferencia del costo de los cables = $ 1 075 (35 mm2) – 795 (25 mm2) = $ 280 Diferencia de pérdidas = $ 240 (35 mm2) – 171,43 (25 mm2) = $ 68,6
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TRI = Costo = Costo de la INVERSIóN / cOSTO DEL AHORRO. TRI = 280 = 280 / 68,6 = 4,08 aÑOS. TENER EN CUENTA QUE SOLAMENTE SE HAN ANALIZADO LAS PÉRDIDAS EN EL ALIMENTADOR, FALTANDO EVALUAR EVALUAR LA MEJORA EN SU RENDIMIENTO RENDIMIENTO DE TODAS LAS CARGAS, INCLUYENDO A LOS SISTEMAS DE ACCIONAMIENTO. ASIMISMO, LA CAPACIDAD DEL CONDUCTOR SE INCREMENTA, PUDIENDO ATENDER A MÁS CARGAS Y/O TENER TENER DISPONIBILIDAD FUTUR FUTURA. A.
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4 RESUMEN Las ventajas económicas serán más notorias a medida que la corriente de carga sea más grande. Se demuestra que a partir de 200 amperios, por ejemplo, el tiempo de recuperación de la inversión es menor de 03 años. La evaluación económica de los conductores consiste en seleccionar un conductor que satisfaga al sistema técnica y económicamente. Cuando el proyecto es nuevo se tiene la oportunidad de seleccionar el conductor óptimo (las pérdidas son mínimas). Cuando está instalado el proyecto nos queda como alternativa: • Aumentar conductores en paralelo. • Instalar bancos de condensadores localizados. • Realizar el balance de cargas. Como podemos notar en el ejemplo anterior, solamente en 04 años se cancela el costo del incremento de la sección del conductor. Finalmente podemos afirmar, que siendo el tiempo de vida útil para las NYY de 25 años tendremos 21 años ahorrando energía.
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5 PREGUNTAS DE AUTOCOMPROBACIÓN 1. ¿En qué consiste la evaluación económica de los conductores eléctricos? 2. ¿Cuál es la expresión para encontrar la sección económica de conductores? 3. ¿Qué medidas deben tomarse para el dimensionamiento de conductores cuando recién se está diseñando un proyecto? 4. ¿Qué medidas se deben tomar para ahorrar energía en los conductores, cuando estos ya están trabajando? 5. ¿Cómo se halla el TRI?
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6 RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DE AUTOCOMPROBACIÓN 1. Consiste en hallar la sección de un conductor eléctrico que reúna las siguientes características: • Cumpla con la norma de la caída de tensión < ± 5% • Las pérdidas producidas en él sean mínimas. • La sección del conductor debe ser la adecuada para satisfacer a y b. 2. qw = {[q1 . q2 . hv . St (V2 – V1)] / (P2 – P1) . p }1/2 3. Debe respetarse lo siguiente: • Un conductor está bien dimensionado cuando su Up < 2,5%. • Un conductor está óptimamente diseñado cuando Up < 2% 2 • Cuando la densidad de corriente eléctrica (J) < 3 A / mm , entonces decimos que un alimentador está óptimamente dimensionado. 4. Repotenciar la sección de los alimentadores, instalando más conductores en paralelo. Hacer la compensación reactiva localizada para que los condensadores alimenten directamente a las cargas y así los alimentadores queden mucho más holgados. Hacer un balance de cargas para eliminar las corrientes circulantes. Elimina los armónicos de las redes. 5. TRI El tiempo de de retorno de la inversión (TRI) se calcula: = Costo la inversión / costo del ahorro. El costo de la inversión = costo del cable recomendado – costo del cable calculado. El costo del ahorro = costo de las pérdidas (cable calculado) – costo de las pérdidas (cable recomendado).
FIN DE LA UNIDAD
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