Criterios de diseño de instalaciones eléctricas industriales (1ª PARTE)

A la hora de abordar un proyecto industrial son múltiples los conceptos que debemos tener en cuenta para el diseño de una instalación eléctrica eficiente. Los criterios comunes utilizados en el sector terciario no son aquí aplicables y es por ello necesario un análisis detallado si queremos obtener resultados satisfactorios para nuestro cliente. Iniciamos varias entregas en las que exponemos la secuencia de ideas que a nuestro parecer son más importantes a la hora de diseñar este tipo de instalaciones.

Actualmente, más allá del mero cumplimiento de los reglamentos industriales, es muy importante hoy en día el conocimiento detallado de cómo se van a comportar las cargas y los consumos de la instalación de cara a conseguir disminuir el consumo energético del centro industrial.

Características de las cargas eléctricas industriales

El examen de los valores reales de la potencia aparente que necesita cada carga permite el establecimiento de:

• Una demanda de potencia declarada que determina el contrato del suministro de energía y por lo tanto los costes del consumo eléctrico.
• La especificación del transformador de alta/baja tensión, cuando sea aplicable (teniendo en cuenta la previsión de aumento de cargas)
• Los niveles de corriente de carga en cada cuadro de distribución.

Motores de inducción

La intensidad absorbida proporcionada al motor viene dada por las siguientes ecuaciones:

• Motor trifásico.

• Motor monofásico.

Donde:

• I_a: Intensidad absorbida en amperios.
• P_n: Potencia nominal en kW de potencia activa.
• U: Tensión entre fases para el motor trifásico y tensión entre los terminales de los motores monofásicos (en V). Un motor monofásico puede estar conectado fase a neutro o fase a fase.
• η: rendimiento del motor. kW de salida/kW de entrada.
• cos ϕ: factor de potencia. kW de entrada/kVA de entrada.

Corriente subtransitoria

• El valor punta de la corriente subtransitoria puede ser muy alto; el valor típico está entre 12 y 15 veces el valor eficaz nominal I_nm. A veces este valor puede alcanzar 25 veces I_nm.
• Los interruptores automáticos, los contactores y los relés térmicos están diseñados para resistir arranques de motor con una corriente subtransitoria muy alta (el valor punta subtransitorio puede ser hasta de 19 veces el valor eficaz nominal I_nm).
• Si se produce un disparo inesperado de la protección contra sobreintensidad durante el arranque, esto significa que la corriente de arranque excede de los límites normales. Como resultado, se puede alcanzar alguna resistencia máxima de los aparatos, se puede reducir la vida útil e incluso se pueden destruir algunos dispositivos. Para evitar tales situaciones, debe considerarse sobredimensionar el aparato.

La utilización del arrancador estrella-triángulo, arrancador estático suave o variador de velocidad permite reducir el valor de la intensidad de arranque (ej. 4 I_a en lugar de 7,5 I_a).

Compensación de potencia reactiva (kVAr) proporcionada a motores de inducción

La compensación de la potencia reactiva es ventajosa por motivos técnicos y económicos ya que se consigue la reducción de la intensidad proporcionada a los motores de inducción. Esto se puede alcanzar mediante la utilización de condensadores sin que afecte a la potencia de salida de los motores.

La compensación de potencia reactiva se recomienda principalmente para motores que funcionan durante largos períodos con potencia reducida.

La corriente proporcionada al motor después de la corrección del factor de potencia viene dada por:

Donde cos φ es el factor de potencia antes de la compensación y cos  φ´ es el factor de potencia después de la compensación, siendo I_a la intensidad original. Se tiene que tener en cuenta que un variador de frecuencia proporciona una compensación de energía reactiva.

Aparatos de calefacción de tipo resistivo y lámparas incandescentes (convencionales o halógenas)

La intensidad absorbida de un aparato de calefacción o de una lámpara incandescente se puede obtener con facilidad a partir de la potencia nominal P_n determinada por el fabricante (ej. cos φ = 1).

Las intensidades vienen dadas por:

Lámparas fluorescentes, lámpara de descarga y equipo relacionado

La potencia P_n (vatios) indicada en el tubo de una lámpara fluorescente no incluye la potencia absorbida por el balasto (reactancia).

La intensidad viene dada por:

Donde U = la tensión aplicada a la lámpara completa con su equipo relacionado.

Con (a no ser que se indique de otro modo):

• cos φ = 0,6 sin condensador de corrección del factor de potencia (FP).
• cos φ = 0,86 con corrección FP (tubos sencillos o dobles).
• cos ϕ = 0,96 para balastos electrónicos.

Si no se indica ningún valor de pérdida de potencia para la reactancia, se puede utilizar una cifra del 25% de P_n.

Lámparas fluorescentes compactas

Las lámparas fluorescentes compactas tienen las mismas características de rentabilidad y larga duración que los tubos clásicos. Normalmente se utilizan en lugares públicos con iluminación permanente (por ejemplo: pasillos, vestíbulos, bares, etc.) y se puede montar en los mismos lugares que las lámparas incandescentes.

Demanda de una instalación

Para diseñar una instalación se debe evaluar la demanda máxima de potencia que se puede solicitar al sistema. La potencia instalada es la suma de las potencias nominales de todos los dispositivos eléctricos de la instalación. Esta no es en la práctica la potencia absorbida realmente. Este es el caso de los motores eléctricos, en los que la potencia nominal se refiere a la potencia de salida en el eje principal. El consumo de potencia de entrada será evidentemente superior.

Las lámparas fluorescentes y de descarga asociadas a resistencias de estabilización son otros casos en los que la potencia nominal indicada en la lámpara es inferior a la potencia consumida por la lámpara y su resistencia.

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