24 octubre 2012

Guía de diseño de sistemas para mejorar el factor de potencia (2ª PARTE)


Ver 1ª PARTE


Los ASDs son muy sensibles a las reducciones temporales del voltaje nominal. Típicamente los hundimientos de voltaje causan fallos.

Cualquiera que sea el factor de potencia, sin embargo, deberán instalarse máquinas capaces de transmitir un voltaje y corriente particular incluso aunque, en un caso particular, no todos los productos de voltaje y corriente se pongan en buen uso. Los generadores deben ser capaces de resistir el voltaje y la corriente nominal independientemente de la potencia transmitida. Por ejemplo, si un alternador está calificado para transmitir 1000 A a 11000 V, los bobinados de las máquinas deben ser capaces de transmitir la corriente nominal. La potencia aparente de tal máquina es 11 MVA y si el factor de potencia de la carga es la unidad estos 11 MVA serán transmitidos y se usarán 11 MW de potencia activa. Sin embargo, si el factor de potencia de la carga está retrasado 0,8, entonces solamente 8,8 MW serán aprovechados, incluso aunque el generador esté calificado a 1000 A a 11 kV. Cuanto más bajo es el factor de potencia, más empeora la situación. Mejorar el factor de potencia significa reducir el ángulo de retraso entre el voltaje de alimentación y la corriente de suministro.

Puede verse del diagrama con el que abrimos este artículo que, si el voltaje es constante, la reducción den la corriente de alimentación significa reducción en la carga en kVA, que es la demanda. Los kVA se aproximan a los kW cuando el ángulo entre ellos se aproxima progresivamente, lo cual es ideal. Esto puede conseguirse suministrando el adelanto RKVA requerido, para compensar los kVA inductivos, conectando bancos de condensadores. Por ello todas las industrias emplean bancos de condensadores.

Para calcular la capacitancia requerida en RKVA, puede derivarse un multiplicador numérico simple, como se muestra abajo.


Localización de bancos de condensadores para mejorar el factor de potencia

Cualquier instalación incluyendo los siguientes tipos de maquinaria o equipo, es probable tengan un bajo factor de potencia que puede ser corregido.

1.       Motores de inducción de todos los tipos.
2.       Instalación de tiristor de potencia (para procesos electroquímicos y control de motores DC).
3.       Transformadores de potencia y reguladores de voltaje.
4.       Máquinas de soldadura.
5.       Hornos de inducción y de arco eléctrico.
6.       Bobinas de coke y sistema magnético.
7.       Señales de neón e iluminación fluorescente.

Los factores de potencia varían de instalación a instalación.

Aparte de las penalizaciones como cargos de demanda máxima existen penalizaciones por factor de potencia bajo también existen penalizaciones por factor de potencia bajo. Corrigiendo el factor de potencia, cableado y suministro de alimentación puede ser liberado sin aumentar estos servicios. Adicionalmente, la caída de voltaje en el sistema se reduce.

El método empleado para alcanzar las mejoras esbozadas arriba implica la introducción de kVAR reactivo (kVAR) en el sistema en oposición de fase a la corriente reactiva o wattle mencionado arriba que de forma efectiva cancela sus efectos en el sistema. Esto se consigue con máquinas rotativas (condensadores síncronos) o condensadores estáticos.

Usualmente se encuentra que el gasto de corregir un factor bajo por medio de condensadores estáticos es menor que el ahorro conseguido en los primeros dieciocho meses.

Los puntos que deben ser considerados en cualquier instalación son:

1.       Fiabilidad del equipo instalado.
2.       Vida probable.
3.       Coste de capital.
4.       Costes de mantenimiento.
5.       Costes de funcionamiento.
6.       Espacio requerido y facilidad de instalación.

Corrección individual

Donde las cargas consisten en motores razonablemente dimensionados, de 7,5 kW y más, la operación con un factor de baja densidad, o donde haya mecanismos especiales funcionando individualmente, entonces la corrección individual de cada motor puede ser considerada. La principal ventaja de la corrección individual es que tanto motor como condensador son seccionados como una unidad y no se requieren accesorios de control adicionales para controlar el condensador.

Aparte de reducir la demanda, que se carga separadamente por las distribuidoras, podremos ver que la corriente extraída se reduce aplicando condensadores y mejorando el factor de potencia; y consecuentemente, las pérdidas I2R en los elementos de distribución; es decir, cables, transformadores, buses, etc.

La localización más apropiada a la cual se instalan los bancos de condensadores es tan cerca como sea posible de las cargas inductivas, principalmente motores.

Corrección del factor de potencia individual de motores

La mejor localización para conectar el banco de condensadores es a través del terminal de un motor de inducción, pero teniendo cuidado al decidir los kVAr del condensador en relación a la kVA magnetizante de la máquina. Si la capacidad es demasiado alta, daños pueden resultar tanto en el motor como en el condensador, ya que el motor, mientras todavía está girando después de desconectar de la alimentación, puede actuar como generador por auto excitación y producen un voltaje mayor que el voltaje de alimentación. Si el motor se enciende de nuevo antes de que la velocidad haya caído a alrededor del 80 % de la velocidad de funcionamiento normal, el voltaje alto estará superpuesto en los circuitos de alimentación y hay riesgos de dañar otros tipos de equipos. Como norma general el tamaño correcto de un condensador para corrección individual de un motor tendrá una calificación en kvar que no exceda del 85 % de los kVA de magnetización de la carga normal de la máquina. Sin embargo, el 85 % no constituyen una norma invariable, y para los motores de anilla deslizante y los motores  de jaula de ardilla de arranque directo nunca implica funcionamiento sobre la velocidad síncrona, la cifra puede ser excedida, aunque nunca más allá del 90 %.

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