unidad 5

5 Técnicas de Ahorro de Energía en sistemas Electricos 5.1 Introducción a la auditoría eléctrica. L as auditorías eléctricas constituyen una práctica habitual en las empresas o instituciones comprometidas con la seguridad de su personal y su fiabilidad eléctrica, con el fin de identificar y analizar los diversos aspectos de la situación y de sus programas de seguridad. Estas auditorías pueden realizarse para evaluar el avance de un programa pr ograma o para conocer en detalle la situación en la que se encuentra la empresa. Esta información resultará muy valiosa y podrá ser utilizada como herramienta de medición para evaluar la mejora continua

Objetivos de las auditorias eléctricas Los objetivos que se plantea la empresa al momento de solicitar la auditoría eléctrica son los siguientes: Verificar de forma objetiva y documentada el cumplimiento de la legislación vigente. Identificación y evaluación de todas las no conformidades en relación con la normativa de carácter eléctrico para el personal, los equipos y las instalaciones. Estas auditorías también permiten: Determinar las acciones de mejora necesarias para lograr un sistema de mantenimiento que integre aspectos como: fiabilidad eléctrica, seguridad seguridad eléctrica, información del mantenimiento mantenimiento y procedimientos recomendados para el mantenimiento. Identificar los riesgos asociados a deficiencias en el mantenimiento detectadas durante la ejecución de la auditoría.

Metodología Las auditorías eléctricas constituyen la base para desarrollar un programa integral que permita evitar accidentes o paradas en la producción ocasionados ocasionados por fallos en las instalaciones eléctricas. Para ello las auditorías eléctricas, se dividen en 3 grandes fases, que son las siguientes: Actividades de pre-auditoría y revisión de información existente. Actividades de auditorías in situ. Informe final.

Actividades de pre-auditorías Las actividades de pre-auditorías, desempeñan un rol fundamental en todo el proceso, ya que es en esta etapa donde el equipo auditor debe recibir la información pertinente por parte de la empresa a auditar, definir las responsabilidad r esponsabilidades es inherentes a las auditorías y confeccionar los listados de verificaciones de acuerdo a las instalaciones y las normas a auditar. Se debe revisar la información existente en la empresa, en relación a planos, autorizaciones, certificaciones, certificaciones, mantenimiento, procedimientos y todo lo que tenga relación con los trabajos, instalaciones y equipos eléctricos. En general, se revisan los antecedentes disponibles disponibles que puedan ser útiles para realizar de un modo eficiente la auditoría.

Visitas de campo Después de ver los antecedentes entregados por la empresa a auditar, los consultores desarrollan una revisión independiente refiriéndose refiriéndose a todos los aspectos que conforman un buen Programa de Mantenimiento Eléctrico. A través de las visitas a terreno se complementa la información entregada por la empresa, de modo tal que se contará con los datos iniciales y antecedentes que constituirán un punto de partida sobre el cual se realizará el informe final. Mediante la toma de datos en los cuadros eléctricos y principales cargas de la instalación se procederá a comprobar que los parámetros eléctricos principales están dentro de los valores normativos y las causas o consecuencias de los valores que tienen los mismos.

Los parámetros analizados serán las tensiones, intensidades de paso, potencias y fr ecuencias; de las cuales se extraerán las medidas para evaluar las siguientes perturbaciones:

Variaciones de tensión (lentas): Aumento o disminución del valor eficaz. Su duración es superior a 10 segundos.

Variaciones rápidas de tensión: Cambio brusco del valor eficaz, mantenido durante un tiempo indefinido y sin ninguna cadencia conocida de repetición. Fluctuaciones de tensión: Cambio del valor eficaz de la tensión, que se repite de forma periódica. Flicker: Parpadeo del alumbrado, debido a las fluctuaciones de la tensión, los valores con un Pst mayor de 1 se considera que afectan a la visión. Transitorios de tensión y corrientes (picos rápidos): Perturbaciones, generalmente causadas por conexión desconexión de cargas o por descargas atmosféricas. Las consecuencias de este tipo de perturbaciones suelen ser los fallos intempestivos de circuitos electrónicos. Huecos: Son disminuciones del valor eficaz de la tensión sin llegar a ser un corte de suministro, porque no llegan a alcanzar el valor de 0 voltios. Interrupción corta: Son bajadas de tensión de corta duración que alcanzan el valor de 0 voltios. Armónicos: Variaciones de amplitud periódica con frecuencias múltiplos de la fundamental. Desequilibrio de tensiones: En un sistema trifásico, condición en la que los valores eficaces de tensión de las tres fases o los ángulos entre fases consecutivas no son iguales.

Informe Final La elaboración del Informe Final será lo que permita a la empresa materializar un Programa de Mantenimiento Eléctrico exitoso. Para su efectiva realización es necesario generar el compromiso de los participantes, tanto en el ámbito corporativo como entre los responsables de las instalaciones. Este informe aparte del análisis de las características eléctricas de la instalación se complementa con una termografía de la misma

5.2 Estudio de tarifas eléctricas. DEFINICIÓN Las tarifas de energía eléctrica son las disposiciones específicas que contienen las cuotas y condiciones que rigen para los suministros de energía eléctrica agrupados en cada clase de servicio. CLASIFICACIÓN DE LAS TARIFAS

CONCEPTOS DE CARGO

ÁREAS DE OPORTUNIDAD DE AHORRO • Optimización del factor de potencia Beneficios: - Disminuir el cargo por bajo FP - Reducir

pérdidas por efecto Joule - Reducir caídas de tensión en conductores - Ahorro de energía y económico • Cabio de taifa Beneficios: - Conseguir cuotas más bajas - Ahorro económico • Administración de la demanda Beneficios: - Reducir el monto de la demanda - Reducir el cago

por demanda Análisis de un caso - cambio de taifa de suministro TARIFAS DE SUMINISTRO: • Situación Observada: La gran mayoría de las instalaciones de bombeo se encuentran

contratadas en tarifa BTD (baja tensión con demanda).

Análisis de un caso - cambio de taifa de suministro –

Análisis de un caso - cambio de taifa de suministro –

5.3 Administración de la demanda de energía eléctrica. ¿ Qué es la administración de la demanda ? La administración de la demanda es una herramienta del administrador de la energía eléctrica en la empresa, que tiene como finalidad reducir los cargos que por demanda vienen en la factura eléctrica.

Pasos a seguir para la administración de la demanda 1) Entender la factura de energía eléctrica y determinar si existe un potencial de reducción de la demanda. 2) Determinar cuando ocurre la demanda máxima, el día y hora durante el período de facturación. 3) Identificar que cargas contribuyen a picos de demanda e identificar cuales se pueden disminuir o sacar de operación cuando se presenta el pico.

ADMINISTRACIÓN DE LA DEMANDA CARGAS QUE SE PUEDEN USAR PARA EL CONTROL DE LA DEMANDA Equipos de Aire Acondicionado Ventiladores Cargadores de Baterías Equipo de Bombeo Molinos y Quebradoras

Métodos de Control de la Demanda Manual Manual con Monitoreo y Alarma Automático CONTROL MANUAL DE LA DEMANDA EN HORARIO DE PUNTA Se trata de parar procesos y apagar cargas manualmente durante el horario de punta

CONTROL AUTOMÁTICO DE LA DEMANDA Se trata de monitorear la demanda y tomar acciones automáticas consistenetes en parar algunas cargas previamente seleccionadas cuando se detecte que la demanda está llegando al valor que se desea controlar

CONTROL MANUAL CON MONITOREO Y ALARMA Se trata de monitorear la demanda y generar una alarma sonora y/o visual, cuando se detecte que la demanda está llegando al valor que se desea controlar, de tal manera que el operador pueda tomar acciones manuales oportunas de disminución de carga.

Análisis de un caso

Perfil de Carga: La carga no es continua por las siguientes razones: · En la noche después del último vuelo baja la actividad en el aeropuerto, con lo que disminuye la carga a un mínimo de entre 70 y 90 Kw. · Al ocultarse el sol la carga por iluminación se incrementa considerablemente y es cuando se suelen presentar los valores más altos; hasta 280 kW. En el Aeropuerto se tienen muchos equipos de aire acondicionado, cada uno de los cuales trabajando con un control de temperatura independiente, por lo que los compresores entran y salen de acuerdo a su propio control. Lo anterior ocasiona variaciones de carga hasta por más de 50 kW

Propuesta: La propuesta de ahorro consiste en la implantación de un sistema de control automático de la demanda, que monitoree el valor de la demanda del equipo de medición, que reciba la señal de los termostatos para el control de la temperatura en el edificio terminal, y que como función de estos parámetros permita o inhiba la operación de cada uno de los compresores de los equipos paquete.

Evaluación Económica Inversión: USD 21,973.80 Ahorros: USD 16,436.52/año Pay-Back: 1.34 años

Autogeneración en horario de punta Algunas tarifas presentan un muy alto costo de la energía eléctrica durante el horario de punta, y costos más bajos fuera de dicho horario. Lo anterior abre la posibilidad de autogenerar energía durante el horario de punta.

-autogenerar en horaio punta• Situación Observada: En las tarifas por bloque horario, los cargos por energía y demanda en

horario de punta (8:00 a 16:00) son altos y fuera de ese horario muy bajos.

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5.4 Estudio del factor de carga. El factor de planta (también llamado factor de capacidad  neto o factor de carga) de una central eléctrica es el cociente entre laenergía real generada por la central eléctrica durante un período (generalmente anual) y la energía generada si hubiera trabajado a plena carga durante ese mismo período, conforme a los valores nominales de las placas de identificación de los equipos. Es una indicación de la utilización de la capacidad de la planta en el tiempo. Los factores de planta o factores de capacidad varían considerablemente dependiendo del tipo de combustible que se utilice y del diseño de la planta. El factor de planta no se debe confundir con el factor de disponibilidad o con eficiencia. Ejemplo Una central eléctrica de carga baja con una capacidad de 1.000 MW produjo 648.000 (megavatiohoras) en un mes de 30 días. El número de (megavatio-horas) que habrían podido ser producidas con la planta a plena capacidad y con un factor de disponibilidad del 100 % puede ser determinado multiplicando la capacidad máxima por el número de horas en el trabajo. Es decir; 1.000 (MW) X 30 (días) X 24 (horas/día) es 720.000 (megavatio-horas). El factor de capacidad es determinado dividiendo la salida real con la salida posible máxima (648.000 MW-h/720.000 MW-h). En este caso, el factor de capacidad es 0,9 (el 90%). Causas de reducción del factor de planta En la práctica, el factor de planta nunca es 100%. Se ve disminuido por: Las operaciones de mantenimiento, los fallos más o menos largos de equipamientos, etc. La ausencia de demanda de electricidad que obliga a los administradores de red a disminuir o parar la producción en algunas unidades. La intermitencia o irregularidad de la fuente de energía como es, por ejemplo, el caso de la energía solar o la energía eólica, respectivamente. Las pérdidas debidas a equipos eléctricos como inversores, líneas de transmisión internas, etc. Otras pérdidas debidas por ejemplo a sombras en el caso de energía solar. Factores de planta típicos Parque eólico: 20-40%. Panel fotovoltaico: 10-15%. Central hidroeléctrica: 60%. Central nuclear: 60%-98%. Central termoeléctrica a carbón: 70-90%. Central de ciclo combinado: 60%

5.5 Estudio del factor de potencia. El factor de potencia es una medida de la corriente reactiva demandad. Se puede definir como el coseno del ángulo entre la corriente activa y la corriente aparente: FP = cos φ

¿ Que equipos producen el bajo factor de potencia? Los equipos que funcionan bajo el fenómeno del electromagnetismo como los motores eléctricos, demandan potencia activa para convertirla en trabajo útil y potencia reactiva para crear las condiciones magnéticas de operación. Es por ello que su factor de potencia es menor a la unidad.

¿ De que depende que el factor de potencia de un motor sea mayor o menor? El valor del factor de potencia de un motor depende de los siguientes factores:

¿ Que problemas ocasiona el bajo factor de potencia? a) Aumento de las pérdidas por efecto Joule en conductores b) Un aumento en la caída de voltaje resultando en un insuficiente suministro de potencia a las cargas. c) Incremento de la potencia aparente en el transformador, con lo que se reduce se capacidad disponible y se incrementan las pérdidas.

VENTAJAS DE LA CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA. De manera invertida, lo que no produce un efecto adverso produce una ventaja; por lo tanto, el corregir el factor de potencia a niveles más altos, nos da como consecuencia: Un menor costo de energía eléctrica. Al mejorar el factor de potencia no se tiene que pagar penalizaciones por mantener un bajo factor de potencia. Aumento en la capacidad del sistema. Al mejorar el factor de potencia se reduce la cantidad de corriente reactiva que inicialmente pasaba a través de t ransformadores, alimentadores, tableros y cables. Mejora en la calidad del voltaje. Un bajo factor de potencia puede reducir el voltaje de la planta, cuando se toma corriente reactiva de las líneas de alimentación. Cuando el factor de potencia se reduce, la corriente total de la línea aumenta, debido a la mayor corriente reactiva que circula, causando mayor caída de voltaje a través de la resistencia de la línea, la cual, a su vez, aumenta con la temperatura. Esto se debe a que la caída de voltaje en una línea es igual a la corriente que pasa por la misma multiplicada por la resistencia en la línea. Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y generadores. Aumento de la vida útil de las instalaciones. 

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Compensación del FP con capacitores La demanda de potencia reactiva se puede reducir sencillamente colocando condensadores en paralelo a los consumidores de potencia inductiva QL. Dependiendo de la potencia reactiva capacitiva Qc de los condensadores se anula total o parcialmente la potencia reactiva inductiva tomada de la red. A este proceso se le denomina compensación. Después de una compensación la red suministra solamente (casi) potencia real. La corriente en los conductores se reduce, por lo que se reducen las pérdidas en éstos. Así se ahorran los costos por consumo de potencia reactiva facturada por las centrales eléctricas. Con la compensación se reducen la potencia reactiva y la intensidad de la corriente, quedando la potencia real constante, es decir, se mejora el factor de potencia. TIPOS DE COMPENSACIÓN. Las inductividades se compensan con la conexión en paralelo de capacitancias, conocida como compensación en paralelo. Esta forma de compensación es la más usual, especialmente en sistemas trifásicos. Los tres tipos de compensación en paralelo más usados son: a. Compensación Individual: A cada consumidor inductivo se le asigna el condensador necesario. Este tipo es empleado ante todo para compensar consumidores grandes de trabajo continuo. b. Compensación en Grupos: Los grupos se conforman de varios consumidores de igual potencia e igual tiempo de trabajo y se compensan por medio un condensador común. Este tipo de compensación es empleado, por ejemplo para compensar un grupo de lámparas fluorescentes.

Pasos a seguir para compensar el factor de potencia Paso 1:Reemplazar los motores sobredimensionados o que se encuentren en mal estado, por motores nuevos de eficiencia Premium. Paso 2:En los motores grandes, instalar capacitores individualmente para suministrar los reactivos que éstos demandan. Paso 3:Compensar grupalmente el factor de potencia de los motores más pequeños en los CCMs

¿ Qué tipo de bancos utilizar para la compensación del FP ? Para la compensación individual, utilizar bancos de capacitores fijos, pero instalarlos corriente abajo del arrancador. Bancos automáticos de capacitores, pueden ser considerados para la compensación grupal, cuando la carga sea relativamente grande y la demanda de reactivos variable

¿ Qué precauciones se deben tener al instalar bancos de capacitores ? 1. Evitar que los capacitores se queden energizados cuando la carga a la que sirven se encuentra desconectada. Si esto sucede, la corriente reactiva circulará hacia el transformador y si la corriente es mayor al 10% de la corriente nominal del transformador, se producirá un envejecimiento acelerado del transformador.

2. Si existen corrientes armónicas, instalar filtros de armónicas, de lo contrario, los capacitores podrán entrar en resonancia con las armónicas y sufrir un daño destructivo.

5.6 Aplicación de la normatividad vigente.

La Ley Federal sobre Metrología y Normalización (LFMN) menciona distintos tipos de normas oficiales mexicanas entre las que encontramos las Normas Oficiales Mexicanas (NOM) y las Normas Mexicanas (NMX). Sólo las normas NOM son de uso obligatorio en su alcance. Las normas NMX expresan una recomendación de parámetros o procedimientos, aunque si son mencionadas como parte de una norma NOM, al ser éstas de uso obligatorio, su observancia pasa a ser obligatoria

Las Normas Mexicanas son de aplicación voluntaria y sirven de referencia para determinar la calidad de productos y servicios, fundamentalmente con el objetivo de orientar y proteger a los consumidores. Su campo de aplicación es determinado por la propia norma y puede ser nacional, regional o local. Los dos tipos de normas oficiales mexicanas se identifican por tres letras (NOM o NMX) y tres dígitos según la numeración de la misma (ejemplo: NOM-006).  Además, luego de la numeración de los tipos de normas oficiales mexicanas se ubican tres o cuatro letras, sigla de la secretaría de estado o dependencia que estuvo involucrada en el estudio, emisión y encargo de los procedimientos de verificación (NOM-006-SCFI). Por último se agregan cuatro dígitos, que indican el año que se publicó la norma por el Diario Oficial de la Federación (NOM-006SCFI-2005). Además en las Normas Mexicanas (NMX) únicamente, se coloca la sigla del organismo privado responsable de la norma, como puede ser la ANCE; o entre la sigla NMX y el número de la norma se coloca una letra que indica el área técnica que realizó la norma. (Ejemplos: NMX-AA-127-SCFI-2006 o NMX-J-0101996-ANCE).

son elaboradas por las entidades de la administración pública para aplicarlas a los bienes o servicios que adquieren, arrienden o contraten, cuando las normas mexicanas o internacionales no cubran los requerimientos de las mismas o sus especificaciones resulten obsoletas o inaplicables. Son ejemplos de estas normas las elaboradas por petróleos mexicanos (PEMEX) y comisión federal de la electricidad(CFE). Estas normas se elaboran cuando no existe una NMX, NOM aplicable ni una norma internacional , o cuando su contenido es obsoleto o inaplicable

Leyes aplicables

1.- Ley de Hidrocarburos 2.- Ley de la Industria Eléctrica 3.- Ley de Órganos Reguladores Coordinados en materia energética 4.- Ley de Petróleos Mexicanos 5.- Ley de la Comisión Federal de Electricidad 6.- Ley de la Agencia Nacional de Seguridad Industrial y de Protección al Medio  Ambiente del Sector Hidrocarburos 7.- Ley de Energía Geotérmica 8.- Ley de Ingresos sobre Hidrocarburos 9.- Ley del Fondo Mexicano del Petróleo para la Estabilización y el Desarrollo 10.- Ley De Promoción Y Desarrollo De Los Bioenergéticos 11.- Ley para el aprovechamiento sustentable de la energía

Normatividad aplicable

NOM-011-ENER-2006

Eficiencia energética en acondicionadores de aire tipo central, paquete o dividido. Limites. Metodos de 22/06/2007 prueba y etiquetado

NOM-021-ENER/SCFI-2008

Eficiencia energética y requisitos de seguridad al usuario en acondicionadores de aire tipo cuarto, límites, métodos de prueba y etiquetado.

NOM-023-ENER-2010

Eficiencia energética en acondicionadores de aire tipo dividido , descarga libre y sin conductos de aire, 20/12/2010 límites, métodos de prueba y etiquetado.

04/08/2008

Eficiencia energética de refrigeradores y congeladores electrodomésticos. Límites. Métodos de prueba y etiquetado

16/02/2012

NOM-022-ENER/SCFI-2014

Eficiencia energética y requisitos de seguridad al usuario para aparatos de refrigeración comercial autocontenidos. Límites, métodos de prueba y etiquetado.

27/11/2014

NOM-016-ENER-2010

Eficiencia energética de motores de corriente alterna, trifásicos, de inducción, tipo jaula de ardilla, en 19/10/2010 potencia nominal de 0,746 a 373 kW. Límites, método de prueba y marcado.

NOM-004-ENER-2014

Eficiencia energética para el conjunto motor-bomba, para bombeo de agua limpia de uso doméstico, en 30/09/2014 potencias de 0,180 kW (¼ HP) hasta 0,750 kW (1 HP).- Límites, métodos de prueba y etiquetado.

NOM-014-ENER-2004

Eficiencia energética de motores eléctricos de corriente alterna, monofásicos, de inducción, tipo  jaula de ardilla, enfriados con aire, en potencia nominal de 0,180 kW a 1,500 kW. Límites, método

NOM-Normatividad aplicable 015-ENER-2012

19/04/2005

de prueba y marcado.

NOM-020-ENER-2011

Eficiencia energética en edificaciones.- Envolvente de edificios para uso habitacional.

09/08/2011

NOM-008-ENER-2001

Eficiencia energética en edificaciones.- Envolvente de edificios no residenciales

15/04/2001

NOM-002-SECRE-2003

Instalaciones de aprovechamiento de gas natural.

08/12/2003

NOM-025-STPS-2008

Condiciones de iluminación en los centros de trabajo. 30/12/2008

NOM-013-ENER-2013

Eficiencia energética para sistemas de alumbrado en vialidades

NOM-028-ENER-2010

Eficiencia energética de lámparas para uso general. 06/12/2010 Límites y métodos de prueba.

NOM-025-STPS-2008

Condiciones de iluminación en los centros de trabajo. 30/12/2008

14/06/2013

 NOM-013-ENER-2013

Eficiencia energética para sistemas de alumbrado en vialidades

NOM-028-ENER-2010

Eficiencia energética de lámparas para uso general. 06/12/2010 Límites y métodos de prueba.

14/06/2013