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Organo de la Asociación de Electricistas (ADE) ISSN 1409-1313Año 16, Nº92, Costa Rica, C.A. - E-mail: revistaelectricidad.com • Precio ¢2000

Selección y aplicación

de motores eléctricos

Ventajas del uso defiltros para corrección

de factor potencia

Selección y aplicación

de motores eléctricos

Ventajas del uso defiltros para corrección

de factor potencia

Factor de potenciaen la legislación costarricense.

Factor de potenciaen la legislación costarricense.

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Indice

Créditos Junta Directiva de ADE

DirectorJosé J. Chacón Arroyo

AdministraciónDiego Gómez Oviedo

Consejo EditorialDennis Rivera FloresJosé Cruz IzaguirreJosé Hugo Solis Arce

Diseño Gráfico y arte finalPaula Díaz Lao

ISSN 1409-1313

Javier Carvajal BrenesPresidente

José Cruz IzaguirreVice-Presidente Iryan Ruiz VargasSecretaría de Actas Diego Gómez OviedoSecretaría de Relaciones Públicas Sergio Alberto García CastilloSecretaría de Finanzas

Leonardo Chaves BaltodanoSecretaría de Organización José Manuel Alvarado CéspedesSecretaría de Afiliación José Hugo Solís ArceSecretaría de Educación José Chacón ArroyoSecretaría de Publicaciones Dennis Rivera Flores Fiscal

Telefax: 2256-7482Organo de la ASOCIACION DE ELECTRICISTASEditada por ANIEA C.R. S.A.Setiembre-Octubre 2011Año 16 Nº 92

Dirección ADEAvenida 5, Calles 0 y 2Teléfono: / fax: 2221-9375

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Año 16, N°92

Impreso en LITO RUCY

ACTIVIDADES:

• ADE, Mejorando la calidad de sus servicios 20• Charlas técnicas 12• Seccional ADE Cartago 32

EDITORIAL:

• Ade y la responsabilidad social empresarial 05

TECNOLOGIA:

• Ahorrar energía nunca fue tan fácil 17• Ahorro de energía utilizando motores eléctricos de eficiencias mejoradas Baldor 06• Diodos led: la luz del futuro ya está aquí 14• Factor de potencia en la legislación costarricense 22• Medio ambiente 08• Preocupaciones medioambientales con la generación de energía eléctrica 36• Puesta a punto para una mejor calidad de la energía 33• Selección y aplicación de motores 25 Ventajas del uso de filtros para corrección de factor de potencia 28

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Editorial

Ade y la responsabilidad social empresarial

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La tendencia al c u m p l i m i e n t o de la llamada responsabilidad social de las empresas es cada vez mayor en todo el mundo. R.S.E. es un compromiso voluntario de las empresas con el desarrollo de los países y con la conservación del medio ambiente. Es así cómo existen fondos económicos para impulsar la reforestación de los países, por ejemplo.

En el pasado inmediato de nuestro país se hicieron varios intentos por conformar una organización de electricistas. Algunas se concibieron como proyectos elitistas y naufragaron por falta de sustento social y económico. Con base en esta experiencia se concibió la existencia como un proyecto horizontal, de absoluta igualdad de derechos de todos sus integrantes, que buscara mejorar la eficiencia de los electricistas y de la instalaciones eléctricas en el país. Hoy podemos afirmar que fue parte de su compromiso voluntario con los electricistas y con el país.

La varita mágica para obtener buenos resultados la constituyó la escogencia del nicho de la capacitación con el cual se ha podido, subir la condición económica y social de los electricistas y contribuir a la seguridad de las personas y de los bienes materiales al evitar accidentes e incendios. El mejoramiento de las instalaciones eléctricas tiene que ver con el uso eficiente del recurso eléctrico y por ello, con la protección de medio ambiente.

Se dice incansablemente que no ahorran energía hipotecan su futuro. De continuar la tendencia actual de

consumo deberíamos duplicar en pocos años la capacidad instalada, lo cual desde todo punto de vista es imposible. Absolutamente todas las formas de producir energía son contrarias al interés nacional. Aún las aparentemente inofensivas generan problemas al ambiente.

De nuestra “R.S.E.” nace la disposición de recibir a todos los electricistas, incluso ayudantes, para facilitarles el acceso al estudio que les depare un mayor bienestar y contribuir con la calidad que buscamos. Obviamente, sabemos que en la calidad siempre estarán presentes las cualidades personales por encima de los papeles que lo respalden. Dos personas con el mismo estudio pueden dar diferentes resultados. La responsabilidad la honradez y el buen gusto por el trabajo, son y serán de tipo personal.

Como fortalezas nuestras siempre ponderamos los convenios, especialmente con Instituciones de enseñanza, como el Instituto Nacional de Aprendizaje, la Universidad Católica y muchas otras que vendrán. Sin embargo seguiremos apostando a la captación de recursos sanos, que nos permitan financiar cada vez mejor al Instituto para Electricistas como una opción propia.

En resumen, nuestro carné identifica a los poseedores como miembros de la Organización. Por si mismos, no son sinónimo de su calidad pero al buscar su Organización, denotan una actitud responsable y el propósito ejemplar de la superación.

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El tema de eficiencia energética en controles y motores eléctricos se hace cada vez más relevante a medida que los costos de la electricidad continúan en aumento.

Las empresas compiten ahora en un ambiente de costos de energía crecientes y de incertidumbre sobre la disponibilidad de la electricidad. Dada esta dinámica, es necesario que la compañía de motores Industriales y controles mire hacia el futuro y anticipe las necesidades del cliente, ofreciendo productos que ahorren energía.

¿Por qué es importante la eficiencia energética?Los sistemas accionados por motores eléctricos que se utilizan en procesos industriales consumen unos 679.000 millones de kWh, o un 63 por ciento de toda la electricidad usada en la Industria de los EE.UU., según un informe del Departamento de Energía (DOE) publicado en 1998. Este informe indica que la energía consumida por los motores industriales podría reducirse hasta en un 18 por ciento si las compañías usuarias aplicaran “tecnologías y métodos de eficiencia comprobada”.

Específicamente, el DOE se recomienda aumentar la eficiencia de los motores e implementar mejoras en su aplicación.

¿Cómo se mide la eficiencia del motor?

La eficiencia de una máquina, incluyendo la de un motor eléctrico, está determinada por la cantidad de potencia útil que produce en comparación con la cantidad de

electricidad requerida para su operación.

La Figura 2 ilustra como un motor Baldor Super-E convierte eficazmente $1.000 de energía eléctrica en $930 de potencia mecánica. Dado que la eficiencia de un motor se expresa generalmente como porcentaje, vemos que la eficiencia nominal de este Super-E es del 93 por ciento. Para medir eficiencias nominales específicas, se requieren pruebas precisas de laboratorio. La marca Baldor distribuida por Reimers Industrial utiliza el Método de prueba B y CSA 390A de la norma 112 de IEEE.

Ahorro de energía utilizando motores eléctricos de eficiencias mejoradas Baldor

Tecnología

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Para entender cuánto cuesta realmente un motor, compare su precio de costo inicial con el costo de la energía que usa a través de su vida de trabajo. A menudo se le presta mucha atención al precio de compra. En la mayoría de los motores, este costo inicial representa menos de un dos por ciento de su costo de por vida. La electricidad consumida constituye casi un 98 por ciento.

Considerando que el costo anual de operar en forma continua un típico motor de 50 HP es de $25.000, es fácil comprobar que unos cuantos puntos porcentuales de mayor eficiencia pueden reducir rápidamente los costos eléctricos.

Incluso aparentemente pequeñas diferencias porcentuales en los valores de eficiencia pueden resultar en ahorros sustanciales en los costos de electricidad cuando el motor diariamente en forma continua.

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El Medio Ambiente es todo aquello que nos rodea y que debemos cuidar para mantener limpia nuestra ciudad, colegio, hogar, etc., en fin todo en donde podamos estar, por esto hemos realizado la siguiente investigación acerca del Medio Ambiente.

2. Concepto de medio ambiente.Medio ambiente, conjunto de elementos abióticos (energía solar, suelo, agua y aire) y bióticos (organismos vivos) que integran la delgada capa de la Tierra llamada biosfera, sustento y hogar de los seres vivos.

3. Constituyentes del medio ambiente.La atmósfera, que protege a la Tierra del exceso de radiación ultravioleta y permite la existencia de vida es una mezcla gaseosa de nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, dióxido de carbono, vapor de agua, otros elementos y compuestos, y partículas de polvo. Calentada por el Sol y la energía radiante de la Tierra, la atmósfera circula en torno al planeta y modifica las diferencias térmicas. Por lo que se refiere al agua, un 97% se encuentra en los océanos, un 2% es hielo y el 1% restante es el agua dulce de los ríos, los lagos, las aguas subterráneas y la humedad atmosférica y del suelo. El suelo es el delgado manto de materia que sustenta la vida terrestre. Es producto de la interacción del clima y del sustrato rocoso o roca madre, como las morrenas glaciares y las rocas sedimentarias, y de la vegetación. De todos ellos dependen los organismos vivos, incluyendo los seres humanos. Las plantas se sirven del agua, del dióxido de carbono y de la luz solar para convertir materias primas en carbohidratos por medio de la fotosíntesis; la vida animal, a su vez, depende de las plantas en una secuencia de vínculos interconectados conocida como red trófica.

Durante su larga historia, la Tierra ha cambiado lentamente. La deriva continental (resultado de la tectónica de placas) separó las masas continentales, los océanos invadieron tierra firme y se retiraron de ella, y se alzaron y erosionaron montañas, depositando sedimentos a lo largo de las costas (véase Geología). Los climas se

caldearon y enfriaron, y aparecieron y desaparecieron formas de vida al cambiar el medio ambiente. El más reciente de los acontecimientos medioambientales importantes en la historia de la Tierra se produjo en el cuaternario, durante el pleistoceno (entre 1,64 millones y 10.000 años atrás), llamado también periodo glacial. El clima subtropical desapareció y cambió la faz del hemisferio norte. Grandes capas de hielo avanzaron y se retiraron cuatro veces en América del Norte y tres en Europa, haciendo oscilar el clima de frío a templado, influyendo en la vida vegetal y animal y, en última instancia, dando lugar al clima que hoy conocemos. Nuestra era recibe, indistintamente, los nombres de reciente, postglacial y holoceno. Durante este tiempo el medio ambiente del planeta ha permanecido más o menos estable.

4. Problemas medioambientales.La especie Homo sapiens, es decir, el ser humano, apareció tardíamente en la historia de la Tierra, pero ha sido capaz de modificar el medio ambiente con sus actividades. Aunque, al parecer, los humanos hicieron su aparición en África, no tardaron en dispersarse por todo el mundo. Gracias a sus peculiares capacidades mentales y físicas, lograron escapar a las constricciones medioambientales que limitaban a otras especies y alterar el medio ambiente para adaptarlo a sus necesidades.

Aunque los primeros humanos sin duda vivieron más o menos en armonía con el medio ambiente, como los demás animales, su alejamiento de la vida salvaje comenzó en la prehistoria, con la primera revolución agrícola. La capacidad de controlar y usar el fuego les permitió modificar o eliminar la vegetación natural, y la domesticación y pastoreo de animales herbívoros llevó al sobrepastoreo y a la erosión del suelo. El cultivo de plantas originó también la destrucción de la vegetación natural para hacer hueco a las cosechas y la demanda de leña condujo a la denudación de montañas y al agotamiento de bosques enteros. Los animales salvajes se cazaban por su carne y eran destruidos en caso de ser considerados plagas o depredadores.

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Mientras las poblaciones humanas siguieron siendo pequeñas y su tecnología modesta, su impacto sobre el medio ambiente fue solamente local. No obstante, al ir creciendo la población y mejorando y aumentando la tecnología, aparecieron problemas más significativos y generalizados. El rápido avance tecnológico producido tras la edad media culminó en la Revolución Industrial, que trajo consigo el descubrimiento, uso y explotación de los combustibles fósiles, así como la explotación intensiva de los recursos minerales de la Tierra. Fue con la Revolución Industrial cuando los seres humanos empezaron realmente a cambiar la faz del planeta, la naturaleza de su atmósfera y la calidad de su agua. Hoy, la demanda sin precedentes a la que el rápido crecimiento de la población humana y el desarrollo tecnológico someten al medio ambiente está produciendo un declive cada vez más acelerado en la calidad de éste y en su capacidad para sustentar la vida.

4.1 Dióxido de carbono Uno de los impactos que el uso de combustibles fósiles ha producido sobre el medio ambiente terrestre ha sido el aumento de la concentración de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera. La cantidad de CO2 atmosférico había permanecido estable, aparentemente durante siglos, pero desde 1750 se ha incrementado en un 30% aproximadamente. Lo significativo de este cambio es que puede provocar un aumento de la temperatura de la Tierra a través del proceso conocido como efecto invernadero. El dióxido de carbono atmosférico tiende a impedir que la radiación de onda larga escape al espacio exterior; dado que se produce más calor y puede escapar menos, la temperatura global de la Tierra aumenta. Un calentamiento global significativo de la atmósfera tendría graves efectos sobre el medio ambiente. Aceleraría la fusión de los casquetes polares, haría subir el nivel de los mares, cambiaría el clima regional y globalmente, alteraría la vegetación natural y afectaría a las cosechas. Estos cambios, a su vez, tendrían un enorme impacto sobre la civilización humana. En el siglo XX la temperatura media del planeta aumentó 0,6 ºC y los científicos prevén que la temperatura media de la Tierra subirá entre 1,4 y 5,8 ºC entre 1990 y 2100.

4.2 Acidificación Asociada también al uso de combustibles fósiles, la acidificación se debe a la emisión de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno por las centrales térmicas y por los escapes de los vehículos a motor. Estos productos interactúan con la luz del Sol, la humedad y los oxidantes produciendo ácido sulfúrico y nítrico, que son transportados por la circulación atmosférica y caen a tierra, arrastrados por la lluvia y la nieve en la llamada lluvia ácida, o en forma de depósitos secos, partículas y gases atmosféricos.

Para ver el gráfico seleccione la opción “Descargar” del menú superior

La lluvia ácida es un importante problema global. La acidez de algunas precipitaciones en el norte de Estados Unidos y Europa es equivalente a la del vinagre. La lluvia ácida corroe los metales, desgasta los edificios y monumentos de piedra, daña y mata la vegetación y acidifica lagos, corrientes de agua y suelos, sobre todo en ciertas zonas del noreste de Estados Unidos y el norte de Europa. En estas regiones, la acidificación lacustre ha hecho morir a poblaciones de peces. Hoy también es un problema en el sureste de Estados Unidos y en la zona central del norte de África. La lluvia ácida puede retardar también el crecimiento de los bosques; se asocia al declive de éstos a grandes altitudes tanto en Estados Unidos como en Europa.

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4.3 Destrucción del ozono En las décadas de 1970 y 1980, los científicos empezaron a descubrir que la actividad humana estaba teniendo un impacto negativo sobre la capa de ozono, una región de la atmósfera que protege al planeta de los dañinos rayos ultravioleta. Si no existiera esa capa gaseosa, que se encuentra a unos 40 km de altitud sobre el nivel del mar, la vida sería imposible sobre nuestro planeta. Los estudios mostraron que la capa de ozono estaba siendo afectada por el uso creciente de clorofluorocarbonos (CFC, compuestos de flúor), que se emplean en refrigeración, aire acondicionado, disolventes de limpieza, materiales de empaquetado y aerosoles. El cloro, un producto químico secundario de los CFC ataca al ozono, que está formado por tres átomos de oxígeno, arrebatándole uno de ellos para formar monóxido de cloro. Éste reacciona a continuación con átomos de oxígeno para formar moléculas de oxígeno, liberando moléculas de cloro que descomponen más moléculas de ozono.Al principio se creía que la capa de ozono se estaba reduciendo de forma homogénea en todo el planeta. No obstante, posteriores investigaciones revelaron, en 1985, la existencia de un gran agujero centrado sobre la Antártida; un 50% o más del ozono situado sobre esta área desaparecía estacionalmente. En el año 2001 el agujero alcanzó una superficie de 26 millones de kilómetros cuadrados, un tamaño similar al detectado en los tres últimos años. El adelgazamiento de la capa de ozono expone a la vida terrestre a un exceso de radiación ultravioleta, que puede producir cáncer de piel y cataratas, reducir la respuesta del sistema inmunitario, interferir en el proceso de fotosíntesis de las plantas y afectar al crecimiento del fitoplancton oceánico. Debido a la creciente amenaza que representan estos peligrosos efectos sobre el medio ambiente, muchos países intentan aunar esfuerzos para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. No obstante, los CFC pueden permanecer en la atmósfera durante más de 100 años, por lo que la destrucción del ozono continuará durante décadas.

4.4 Hidrocarburos clorados El uso extensivo de pesticidas sintéticos derivados de los hidrocarburos clorados en el control de plagas ha tenido efectos colaterales desastrosos para el medio ambiente. Estos pesticidas organoclorados son muy persistentes y resistentes a la degradación biológica. Muy poco solubles en agua, se adhieren a los tejidos de las plantas y se acumulan en los suelos, el sustrato del fondo de las corrientes de agua y los estanques, y la atmósfera. Una vez volatilizados, los pesticidas se distribuyen por todo el mundo, contaminando áreas silvestres a gran distancia de las regiones agrícolas, e incluso en las zonas ártica y antártica.Aunque estos productos químicos sintéticos no existen en la naturaleza, penetran en la cadena alimentaria. Los pesticidas son ingeridos por los herbívoros o penetran directamente a través de la piel de organismos acuáticos como los peces y diversos invertebrados. El pesticida se concentra aún más al pasar de los herbívoros a los carnívoros. Alcanza elevadas concentraciones en los tejidos de los animales que ocupan los eslabones más altos de la cadena alimentaria, como el halcón peregrino, el águila y el quebrantahuesos. Los hidrocarburos clorados interfieren en el metabolismo del calcio de las aves, produciendo un adelgazamiento de las cáscaras de los huevos y el consiguiente fracaso reproductivo. Como resultado de ello, algunas grandes aves depredadoras y piscívoras se encuentran al borde de la extinción. Debido al peligro que los pesticidas representan para la fauna silvestre y para los seres humanos, y debido también a que los insectos han desarrollado resistencia a ellos, el uso de hidrocarburos halogenados como el DDT está disminuyendo con rapidez en todo el mundo occidental, aunque siguen usándose en grandes cantidades en los países en vías de desarrollo. A comienzos de la década de 1980, el EDB o dibromoetano, un pesticida halogenado, despertó también gran alarma por su naturaleza en potencia carcinógena, y fue finalmente prohibido.

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Existe otro grupo de compuestos íntimamente vinculado al DDT: los bifenilos policlorados (PCB). Se han utilizado durante años en la producción industrial, y han acabado penetrando en el medio ambiente. Su impacto sobre los seres humanos y la vida silvestre ha sido similar al de los pesticidas. Debido a su extremada toxicidad, el uso de PCB ha quedado restringido a los aislantes de los transformadores y condensadores eléctricos.El TCDD es el más tóxico de otro grupo relacionado de compuestos altamente tóxicos, las dioxinas o dibenzo-para-dioxinas. El grado de toxicidad para los seres humanos de estos compuestos carcinógenos no ha sido aún comprobado. El TCDD puede encontrarse en forma de impureza en conservantes para la madera y el papel y en herbicidas. El agente naranja, un defoliante muy utilizado, contiene trazas de dioxina.

4.5 Otras sustancias tóxicas Las sustancias tóxicas son productos químicos cuya fabricación, procesado, distribución, uso y eliminación representan un riesgo inasumible para la salud humana y el medio ambiente. La mayoría de estas sustancias tóxicas son productos químicos sintéticos que penetran en el medio ambiente y persisten en él durante largos periodos de tiempo. En los vertederos de productos químicos se producen concentraciones significativas de sustancias tóxicas. Si éstas se filtran al suelo o al agua, pueden contaminar el suministro de agua, el aire, las cosechas y los animales domésticos, y han sido asociadas a defectos congénitos humanos, abortos y enfermedades orgánicas. A pesar de los riesgos conocidos, el problema no lleva camino de solucionarse. Recientemente, se han fabricado más de 4 millones de productos químicos sintéticos nuevos en un periodo de quince años, y se crean de 500 a 1.000 productos nuevos más al año.

4.6 Radiación Aunque las pruebas nucleares atmosféricas han sido prohibidas por la mayoría de los países, lo que ha supuesto la eliminación de una importante fuente de lluvia radiactiva, la radiación nuclear sigue siendo

un problema medioambiental. Las centrales siempre liberan pequeñas cantidades de residuos nucleares en el agua y la atmósfera, pero el principal peligro es la posibilidad de que se produzcan accidentes nucleares, que liberan enormes cantidades de radiación al medio ambiente, como ocurrió en Chernóbil, Ucrania, en 1986. Un problema más grave al que se enfrenta la industria nuclear es el almacenamiento de los residuos nucleares, que conservan su carácter tóxico de 700 a 1 millón de años. La seguridad de un almacenamiento durante periodos geológicos de tiempo es, al menos, problemática; entre tanto, los residuos radiactivos se acumulan, amenazando la integridad del medio ambiente.

4.7 Pérdida de tierras vírgenes Un número cada vez mayor de seres humanos empieza a cercar las tierras vírgenes que quedan, incluso en áreas consideradas más o menos a salvo de la explotación. La insaciable demanda de energía ha impuesto la necesidad de explotar el gas y el petróleo de las regiones árticas, poniendo en peligro el delicado equilibrio ecológico de los ecosistemas de tundra y su vida silvestre. La pluvisilva y los bosques tropicales, sobre todo en el Sureste asiático y en la Amazonia, están siendo destruidos a un ritmo alarmante para obtener madera, despejar suelo para pastos y cultivos, para plantaciones de pinos y para asentamientos humanos. En la década de 1980 se llegó a estimar que las masas forestales estaban siendo destruidas a un ritmo de 20 ha por minuto. Otra estimación daba una tasa de destrucción de más de 200.000 km2 al año. En 1993, los datos obtenidos vía satélite permitieron determinar un ritmo de destrucción de casi 15.000 km2 al año, sólo en la cuenca amazónica. Esta deforestación tropical podría llevar a la extinción de hasta 750.000 especies, lo que representaría la pérdida de toda una multiplicidad de productos: alimentos, fibras, fármacos, tintes, gomas y resinas. Además, la expansión de las tierras de cultivo y de pastoreo para ganado doméstico en África, así como el comercio ilegal de especies amenazadas y productos animales podría representar el fin de los grandes mamíferos africanos.

Continua en la proxima edición...

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Actividades

CHARLAS TECNICAS

AGRADECIMIENTOSPor las charlas julio agosto 2011 impartidas en el local de San José, a:

La Secretaría de Educación en nombre de la Junta Directiva de Asociación de Electricistas invita a todos sus asociados a participar en las charlas técnicas que se imparten en sus locales todas las semanas. En San José los días martes de 6 a 8 de la noche y en las distintas Seccionales deben coordinar las fechas y horas con sus directivas.

Nos permitimos recordarles que dos veces al año se realizará la certificación de las charlas a los asociados que completen más de 20 asistencias por el total de las 40 horas charla o las que le correspondan.

SEÑORES EMPRESA

Mauricio Soto TeknocableJeferson Ilama Eaton ElectricalVíctor Robles BticinoByron Fallas ReimersLyan Delgado Abonos AgroMisael Artavia Maz IndustrialJavier Carvajal ADEJosé Hugo Solís ADEMarIanela Ramos I.E.S.A.Noe Arita Fhelps Dogde, ConducenMarcel Martínez Schneider ElectricRicardo Rivera BticinoHenning Dyes Elvatrón

www.schneider-electric.co.crTel: 2210-9400

Charlas del Ingeniero Noe Arita de Fhelps Dogde, conducen, impartida en la Seccional de Cartago.

Charla del ingeniero Marcel Martínez de Scheneider Electric impartida en la Seccional de Cartago. Charla del señor Misael Artavia impartida en San José

www.schneider-electric.co.crTel: 2210-9400

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Tecnología

Diodos LED: la luz del futuro ya esta aquí

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Las lámparas con diodos LED, que dan una agradable luz blanca, consumen poco y duran muchos años, sustituirán a las bombillas incandescentes y las llamadas de bajo consumo.

Las bombillas que proporcionan una luz clara, no se calientan, consumen veinte veces menos queuna bombilla incandescente y duran 7 a 10 años son sin lugar a dudas los diodos LED. Muy pronto iluminaran toda su casa..

Definición Diodo emisor de luz, también conocido como LED es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN del mismo y circula por él una corriente eléctrica. Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia. El

color (longitud de onda), depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo y puede variar desde el ultravioleta, pasando por el visible, hasta el infrarrojo. Para conseguir luz blanca hay que mezclar en partes iguales luz roja, verde y azul.

Ventajas de los diodos LED * Tamaño: a igual luminosidad, un diodo LED ocupa menos espacio que una bombilla incandescente.* Luminosidad: los diodos LED son más brillantes que una bombilla, y además, la luz no se concentra en un punto (como el filamento de la bombilla) sino que el todo el diodo brilla por igual.* Durabilidad: tienen una extremadamente larga vida útil, algunos fabricantes estiman su duración entre 50.000 y 100.000 horas, las lámparas incandescentes tienen alrededor de 1000 o 2000 horas de vida útil.* Consumo: un semáforo que sustituya las bombillas por diodos LED consumirá 10 veces menos con la misma luminosidad.* Haz de Luz Direccional: permite dirigir la luz allí donde se la necesita y reducir la contaminación luminosa.* Resistencia al impacto: no usan vidrio ni filamentos, son muy resistentes a la vibración.* Trabajan en frío: la operación del LED emite poco calor.* Encendido instantáneo: no necesita de calentamiento ni de excitación previa.* Ciclos de encendido rápido: a diferencia de otras lámparas, la vida útil del LED no se ve afectada por encendidos y apagados cíclicos constantes.* Ausencia de Emisiones: los LED utilizados en iluminación no emiten ningún tipo de radiación infrarroja o ultravioleta.* Eficiencia: producen más lumen/watio que las bombillas incandescentes, esto es especialmente útil en dispositivos operados a bateras

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Los LEDs de Luz blanca son uno de los desarrollos más recientes y se pueden considerar como un intento muy bien fundamentado para sustituir las bombillas actuales por dispositivos mucho más ventajosos. En la actualidad se dispone de tecnología que consume un 92% menos que las bombillas incandescentes de uso doméstico común y un 30% menos que la mayoría de los sistemas de iluminación fluorescentes; además, estos LEDs pueden durar hasta 20 años y suponer un 200% menos de costes totales de propiedad si se comparan con las bombillas o tubos fluorescentes convencionales. Estas características convierten a los LEDs de Luz Blanca en una alternativa muy prometedora para la iluminación.

Desventajas

La única desventaja es su precio. Este tipo de diodos LED todavía son caros. Las lámparas de 3W, que pueden sustituir a una bombilla de 40W, tienen un alto precio. El ahorro en el consumo y la duración no son suficientes motivos para que los consumidores las compren. Por su elevado precio, todavía no merecen la pena para la casa. Esto puede cambiar en unos cuantos años. Se calcula que en menos de 5 años los diodos LED, sustituirán a todas las bombillas tradicionales (incandescentes y las llamadas de bajo consumo).

Fabricación

Hay dos maneras de fabricar una lámpara LED. Uno de ellos mezcla múltiples longitudes de onda de diferentes LEDs para producir luz blanca, permitiendo al fabricante ajustar la luz blanca a una temperatura específica de color, en el caso de las hogareñas, a una temperatura de entre 3800 y 5000º Kelvin, mientras más alta la temperatura K, más azulada será la luz, y mientras más baja sea dará luz más cálida o rojiza).

El segundo método usa LEDs con un compuesto de Indio-Galio-Nitride (InGaN) con una capa de fósforo para crear luz blanca. Este es el método más usad para fabricar los LED blancos.

Hay fábricas de LEDs, como la Philips holandesa, que fabrican lámparas que cubren un amplio espectro, entre los 2700 K y los 10.000 K, es decir, entre una luz bastante rojo-amarillenta y una sumamente azulada. Recordemos que la luz solar de mediodía tiene una temperatura de entre 5.600 a 6000 K.

Los LEDs convierten la energía eléctrica directamente a una luz de un solo color. Así hay LEDs rojos, verdes, azules, amarillos, etc. Porque emplean una tecnología de generación de luz fría, los LEDs no gastan energía en forma de calor. En comparación, una bombita incandescente emite en la banda del infrarrojo (no visible) una gran porción de la energía que produce. Como resultado, tanto las incandescentes como las fluorescentes pro-ducen una gran cantidad de calor que es un desperdicio de energía.

Además de producir luz fría, los LEDs:* Pueden ser alimentados a partir de baterías portátiles, pilas o aún un panel solar.* Se pueden integrar a un sistema de control.* Son de tamaño pequeño y resistentes a los golpes.* Tienen muy rápido tiempo de encendido (60 nanos segundos, 10 milisegundos para incandescentes, y 1 segundo para fluorescentes)* Tienen una excelente rendición de color y presentan nulo peligro de explosión ya que trabajan entre de 5 a 12 voltios, corriente continua.

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Año 16, N°92 electricidadREVISTA

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Historia y futuro de las lámparas LED.

En 1920 Oleg Vladimirovich Losev desarrollaba el primer LED, sin embargo no se usaría en la industria hasta la década de 1960. Solo era posible fabricarlos de color rojo y verde con poca intensidad de luz y limitaba su utilización a mandos a distancia y para marcar el encendido y apagado de electrodomésticos.

Esos primeros LEDs rojos y verdes eran más fáciles y baratos de producir que los azules, hasta que el investigador Shuji Nakamura descubrió un proceso más barato de fabricación con dos compuestos: Nitruro de Galio y nitruro de Indio, que son los que se utilizan en la actualidad.

Así a finales del siglo XX se creaban los LEDs ultravioletas y azules, que daría paso al desarrollo del LED blanco, que es un diodo LED de luz azul con recubrimiento de fósforo que produce una luz amarilla, la mezcla del azul y el amarillo produce una luz blanquecina denominada “luz de luna” consiguiendo alta luminosidad.

El silicio podría convertirse en el futuro material de las bombillas, que tendrían una duración de 20 años y consumiendo un 90% menos de energía que las actuales. Además, son ecológicas pues en el proceso de fabricación se ha conseguido evitar productos tóxicos como el plomo o el mercurio.

Actualmente se están desarrollando otras aplicaciones como los “LED orgánicos” que podrán aplicarse a superficies flexibles, como tejidos y ropa o las lámparas LED para las luces de cruce de los automóviles, que además de proporcionar una luz más intensa y clara, su duración es prácticamente eterna (alrededor de 100.000 horas), ínfimo consumo, no se funden y son muy baratas. Asimismo están investigando los LEDs para conseguir más luminosidad y alcance con el objetivo de que también puedan servir como luz de carretera.

Los avances se producen a toda velocidad y una lámpara LED con las mismas prestaciones puede bajar de precio

en cuestión de meses, y en unos pocos años este tipo de iluminación sustituirá por completo a las actuales bombillas.

El fabricante SUNPU POWER, apuesta por el futuro.

SUNPU POWER (HONG KONG) CO, LTD es un fabricante de China, que apuesta por la investigación e innovación en la iluminación de potencia con la tecnología led.

Los nuevos productos consisten principalmente de G4 LED (LED de JC), LED de alimentación de Spotlight, Bombilla LED de encendido, por su excelente calidad.

Todos los productos pasan las estrictas normas ISO9001: 2000, y todos los productos son fabricados y probados de acuerdo con la estricta norma internacional IEC. También ha sido certificado todos sus productos con las normas VDE, CE, UL, CSA, PSE, TUV.

Fabricante de LED de alta potencia y bajo consumo SunpuPower

Un diodo LED, 12 veces más eficiente que las bombillas normales

Los investigadores de la Universidad de Cambridge han desarrollado un diodo LED que produce una luz muy brillante, con un bajo consumo de energía, bajo coste y puede durar más de 60 años.

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Año 16, N°9217

¡Ahorrar energía nunca fue tan fácil!

¡Ahorrar energía nunca fue tan fácil! Con los nuevos sensores de presencia de la línea “Lighting Management” de Bticino el ahorro de energía inicia desde la misma instalación de los equipos. Con estos equipos usted tendrá la luz necesaria en el momento requerido eliminando el desperdicio de horas de lámparas encendidas sin provecho.

La nueva línea de sensores incluye dos versiones para instalación en pared ó techo y cuatro de montaje en cielo falso. Esta propuesta incluye equipos de tecnología infrarroja pasiva como ultrasónica que permiten la operación de los mismos en prácticamente cualquier espacio donde el control de la operación de las fuentes de luz sea indispensable.

Los nuevos sensores de la línea “Lighting Management” de Bticino cuentan con la facilidad de programación ó ajuste mediante telecomando remoto lo que permite que cuando las áreas de trabajo cambien su función los parámetros del sensor se puedan adaptar sin necesidad de subir al nivel del techo ó realizar conexiones eléctricas nuevas.

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Con estos nuevos sensores se logran ahorros de hasta un 55% en la energía consumida por los sistemas de iluminación de acuerdo a la norma EN 15193. Es una

oferta alineada con las tendencias de uso racional de energía tales como LEED, HQE, BREEAM ó GREEN STAR.

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Año 16, N°91

comelectricidad

REVISTA20Año 16, N°92 co

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Actividades

En los últimos tiempos venimos observando un importante crecimiento en todos los órdenes de la Asociación de Electricistas. Empresas medianas y grandes han resuelto matricular a sus electricistas y se ha incrementado la afiliación de personas independientes, con la característica de que muchos técnicos tienen altos grados de calificación. Igualmente, afiliados antiguos se han reincorporado como socios activos.

Es posible que en ello estén repercutiendo los éxitos

obtenidos en campos como el de la capacitación y

el de la organización. En efecto siguen

graduándose centenares de estudiantes en el Instituto para

Electricistas, las charlas técnicas siguen creciendo

en calidad y prestigio, al extremo de que en

Cartago se han realizado las dos últimas con asistencia

promedio de 50 personas. En lugares como Limón

y San Carlos las charlas también cuentan con más

respaldo de los Afiliados. También ha sido exitosa la celebración de los

viernes ADE, los cuales vienen incorporando a estudiantes de

colegios técnicos profesionales.

Igualmente, la actividad organizativa crece a ojos

vista. En Pérez Zeledón y San Carlos se han reactivado las

seccionales con exitosas Asambleas y nuevos bríos.

Asociación de Electricistas..Mejorando siempre la calidad de sus servicios

Charla impartida por la Licenciada Marianela Ramos sobre cableado estructurado en Limón.

Charla impartida por Schneider Electric en el salón de los padres capuchinos en Cartago.

Vista parcial de la Asamblea Constitutiva de la Seccional de Alajuela

Junta Directiva de la Seccional de Alajuela y Javier Carvajal, mano Derecha, presidente de ADE Nacional

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electricidadREVISTA

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Mención aparte, merece la constitución de la Seccional de Alajuela celebrada con cuarenta y un asistentes y un gran apoyo logístico del Almacén Demsa. Es tan grande el respaldo que ese Almacén ha procedido a cancelar la mitad de la cuota anual de membresía a ADE a un grupo grande de electricistas. Esta Seccional se ha reunido varias veces y programa su primer charla para el 22 de setiembre de 2011.

La Junta Directiva fomenta siempre el acercamiento con empresas e instituciones amigas y podemos adelantar que estamos a las puertas de suscribir nuevos convenios. Así nos hemos reunido con representantes de las empresas Geinsa y Panduit, por ejemplo. Hemos atendido grupos de estudiantes de electricidad del INA en Corralillo de Nicoya y un grupo de adultos en Cartago.

No nos cabe duda de que este fo r t a l e c i m i e n t o general para a deparar una celebración del 15 Seminario Nacional de Técnicos del Sector de mayor envergadura. O r g u l l o s a m e n t e podemos afirmar que estamos trabajando para reunir una gran cantidad de técnicos provenientes de los diferentes sectores de la electricidad y regiones del país.

Este Seminario será una rica fuente para obtener información actualizada sobre el avance de las tecnologías y un punto de encuentro entre electricistas, representantes de almacenes del ramo y las casas de manufactura.

Junta Directiva de la Seccional de de San Carlos y el presidente de ADE Nacional, Javier Carvajal.

Vista parcial de los concurrentes a la presentación de ADE realizada por Javier Carvajal en Pital de San Carlos.

El ingeniero Ricardo Rivera de Bticino, impartió un taller sobre video porteros en

el viernes ADE de agosto.

comelectricidad

REVISTA

Año 16, N°92

Tecnología

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El factor de potencia es producto de todas las cargas inductivas de corriente alterna, tales como motores, transformadores, balastros de lámparas fluorescentes, etc. Esto por cuanto requieren para su funcionamiento de una corriente de excitación para lograr la magnetización del circuito magnético. A este tipo de energía se le ha llamado energía reactiva.

El factor de potencia desde el punto de vista eléctrico representa el coseno del ángulo de atraso de la corriente con respecto a la tensión (cosø) tal y como se muestra en la Figura 1.

Sin embargo, matemáticamente es la relación entre la potencia activa o real verdadera, que puede producir calor o trabajo mecánico, y la potencia aparente, que es el resultado de multiplicar la tensión por la corriente consumida por una carga determinada, la fórmula 1 muestra esta relación.

El factor de de potencia puede definirse también de acuerdo a la fórmula 2.

Cabe indicar que las unidades para las potencias en cuestión son:

Figura 1 Desfase entre la tensión y la corriente ocasionando el bajo factor de potencia

Los aspectos más importantes de variables eléctricas a utilizar en esta exposición son:

En la Figura 2 se presenta el triángulo de potencias las cuales definiremos a continuación:

De acuerdo con Pitágoras, podemos definir

Sin embargo, de (3) y sabiendo que el factor de potencia es cosØ se obtiene que:

Por lo tanto, sustituyendo (6) en (5) obtenemos

Para las empresas eléctricas en Costa Rica, basados en el procedimiento de cálculo de bajo factor de potencia aprobado por la Autoridad Reguladora de Servicios Públicos, deberá calcularse el Factor de Potencia a sus Abonados con base en la demanda máxima promedio de potencia real y su respectivo valor promedio de potencia reactiva o aparente, véase Figura 3.

Factor de potencia en la legislación costarricensePor: Ing. Alfonso Valverde MadrizTomado de Internet

electricidadREVISTA

Año 16, N°92com 23

Figura 3: Curva de carga de un día describiendo potencias consumidas y FP Ahora bien, la potencia real no podrá variar de mantener una producción constante; sin embargo, la potencia reactiva deberáeliminarse o disminuirse cuanto sea posible. Esta reducción traerá una enorme cantidad de ventajas para el industrial y ello podrá realizarse a partir de la implementación de Capacitares los cuales implementarán una potencia opuesta a la reactiva vectorialmente.

La cancelación de la potencia reactiva a partir de capacitores no es barata, pero su principio es relativamente sencillo. Para efectos prácticos, a partir de este momento se utilizará nomenclatura de facturación. De modo tal que la ecuación (7) se transformará en

Ahora bien, a partir de la ecuación (9) podemos determinar cuanto reactivo capacitivo es necesario para obtener un determinado nuevo factor de potencia tal que:

Donde KVAR APORTADOS es la cantidad de reactivo capacitivo requerido para compensar una factor de potencia bajo (FPmed) y con ello obtener un FPnuevo.

Por lo tanto, de la ecuación (8) se deduce que

De la ecuación 10 despejamos KVARAPORTADOS y obtenemos

Por lo tanto, sustituyendo (9) en (12) se obtiene

De manera tal que a partir de la ecuación (13) se puede conocer con exactitud los KVAR capacitivos necesarios para compensar el factor de potencia medido a un factor de potencia deseado.

Por lo general, se utilizan tablas correctoras en las cuales la fórmula (13) ofrece un factor el cual es tomado como factor de corrección, tal y como se expone en la fórmula (14).

Cargo por factor de potencia La fórmula para determinar el recargo por bajo factor de potencia es:

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Tecnología

donde : R fp = recargo por bajo factor de potencia en colones FP req = factor de potencia requerido:

0,90 si la Demanda es menor o igual a 1000 KW 0,95 si la Demanda es mayor a 1000 KW FP med = factor de potencia medido D máx = Cargo por Demanda máxima en colones

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Tecnología

electricidadREVISTA

Año 16, N°9225

Selección y aplicación de motores eléctricosEste artículo está dirigido a Gerentes Generales, Gerentes de Fábrica, Gerentes de Mantenimiento, Ingenieros de Mantenimiento y en general, a todas las personas que tengan alguna ingerencia en la operación de plantas industriales y suministros en las mismas.

Todos sabemos que el motor eléctrico es una máquina que transforma energía eléctrica recibida de la red en energía mecánica rotacional en el eje. De esta forma se puede accionar cualquier tipo de carga mecánica, siempre y cuando tengamos disponibilidad de una red eléctrica.

También sabemos que dentro del universo del motor eléctrico, el motor de inducción es el más común y prácticamente todas las aplicaciones industriales pueden realizarse con este motor, generalmente el tipo Jaula de Ardilla, o con rotor en cortocircuito.

Es tan generalizado su uso, que pasamos por alto muchos aspectos en el momento de la selección y aplicación del mismo. En las siguientes líneas se darán algunas indicaciones importantes que ayudarán a hacer estas labores más técnicas y más eficientes desde el punto de vista de operación de una industria.

Gestión inicial

Siempre que se tiene la necesidad de adquirir un motor, hay que hacer antes los siguientes cuestionamientos:

¿Es una instalación nueva o existente? ¿Cuáles son las condiciones de la red eléctrica? ¿Cuál es la carga que el motor va a accionar?

¿Cuáles son las condiciones medioambientales?¿Cuál va a ser el tiempo de recuperación de la inversión?¿Qué tipo de normas debe cumplir el motor? ¿Cómo va a ser hecho el arranque del motor?Obviamente, ¿Cuáles son las características de potencia y velocidad requeridas del motor?

Por qué el motor jaula de ardilla

Dentro del universo de motores eléctricos, el motor jaula de ardilla es el más común y de uso más generalizado por diversas razones:Bajo costoBajo mantenimiento Fácil de adquirirAlto grado de protección Pocos componentes RobustoPor carecer de chispas internas, puede instalarse en ambientes de riesgo.Con el avance de la electrónica de potencia, hoy en día es el motor más práctico para realizar aplicaciones en donde se requiere variación de velocidad, llegando

incluso a desplazar el motor de corriente contínua.

Las normas

Existen dos normas bajo las cuales se fabrican los motores.

IEC Comisión Electrotécnica Internacional que es acogida por la gran mayoría de países y especialmente los europeosNEMA Asociación Nacional de Fabricantes de Equipos Eléctricos. Es una norma nacional de Estados Unidos, pero es común en muchos países.

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Tecnología

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Hay varias diferencias en la construcción dependiendo de la norma, pero lo más significativo es que mientras que las dimensiones según IEC son en milímetros, según NEMA son en pulgadas. Por esta razón, la intercambiabilidad no es inmediata.

El Lugar de Instalación.

Por norma, todos los motores están diseñados para operar en un ambiente con temperatura no superior a 40 ºC y en una altura no superior a 1000 metros sobre el nivel del mar. La instalación en cualquier ambiente por encima de estas condiciones hará que el motor deba ser operado a una carga menor de la nominal. Cortamente, esto sucede porque las propiedades refrigerantes disminuyen. La vida útil de un motor está principalmente en su devanado. Si la refrigeración es insuficiente, el devanado se debilita y sufre daños severos. Generalmente, los motores jaula de ardilla están refrigerados mediante aire. A mayor altitud sobre el nivel del mar, el aire toma una densidad mayor y a una misma velocidad, se tendrá menor flujo de aire. En cuanto a la temperatura ambiente, es necesario garantizar que el motor no tendrá una elevación de temperatura tal que lo haga tener un calentamiento por encima de su límite térmico (definido por su clase de aislamiento).Pero la combinación de altitud y temperatura no siempre es desfavorable, pues en lugares como Bogotá en donde tenemos altitud de 2600 m, pero una temperatura ambiente de 20°C, podemos prácticamente decir que se compensa el efecto.

Las condiciones de instalación (grado de protección).

Otro tema a considerar son las condiciones propias del ambiente: Contaminación, presencia de agentes químicos, utilización en lugares abiertos o cerrados. Para garantizar una adecuada selección de motor, es importante conocer el significado de grado de protección IP, definido según normas internacionales.IP significa INTERNAL PROTECTION y determina el grado de protección (mecánico) o de encerramiento del motor. Viene seguido de dos cifras características; la primera de ellas indica la protección contra el ingreso de cuerpos

sólidos y la segunda indica la protección contra el ingreso de líquidos.Los siguientes son los más comunesIP21: Protegido contra contacto con los dedos, contra ingreso de cuerpos sólidos mayores que 12 mm y contra gotas verticales de aguaIP22: Protegido contra contacto con los dedos, contra ingreso de cuerpos sólidos mayores que 12 mm y contra gotas de agua hasta una inclinación de 15° ocn la verticalIP55: Protegido completamente contra contacto, contra acumulación de polvos nocivos y contra chorros de agua en todas las direcciones

En caso de ambientes agresivos, es necesario prestar especial atención, pues en ocasiones los motores estarán expuestos a vapores ácidos, álcalis y solventes, como industrias químicas, petroquímicas y fábricas de pulpa y papel.

Es también importante considerar si el motor será instalado en un área clasificada (lugares donde se almacenen productos inflamables), pues en estos casos se requieren cuidados especiales que garanticen el mantenimiento de los equipos y especialmente, no pongan en riesgo la vida humana.

La carga

La carga es la que define la potencia y velocidad del motor. En la gran mayoría de aplicaciones, el motor jaula de ardilla puede atender cualquier carga en su eje, pero es conveniente hacer un estudio detallado de cuál será el momento de inercia, la curva Par-Velocidad de la carga. Estos puntos nos ayudan a definir cómo será el comportamiento dinámico del motor con su máquina de trabajo y cuáles serán los tiempos de arranque. Es ideal conocer las condiciones de la carga durante la especificación del motor, pues el comportamiento varía, dependiendo de ésta. Máquinas como bombas y ventiladores tienen un comportamiento específico diferente de molinos, trituradoras y diferente de bandas transportadoras o de máquinas herramientas o elevadores. En todas estas máquinas, los torques de arranque son diferentes y con toda seguridad, los ciclos de trabajo varían de una instalación a otra.

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La red

Las principales características que identifican un red eléctrica son la tensión (voltaje) y frecuencia. En Colombia la tensión normalizada es 60 Hz, al igual que en Norteamérica, Centroamérica y Suramérica (con excepción de los países del cono Sur), mientras que en Europa la tensión normalizada es 50 Hz. Dada la diversidad de tamaños de industrias, no hay una única tensión, por lo que es usual que los motores tengan doble tensión, generalmente 220/440 V. Industrias “grandes” tienen tensiones mayores, como pueden ser 460 V ó 480 V.

Se acostumbra a que los motores con potencias de potencias de 10 HP o superiores sean aptos para el arranque Estrella-Triángulo, con el objetivo de que la red no se desestabilice por las altas corrientes consumidas durante el arranque directo. De esta forma, para las potencias mencionadas los motores Standard en nuestro país tienen doce cables de conexión. Esta característica les hace aptos para funcionar prácticamente en cualquier red, pero es importante tener bastante precaución en las conexiones, pues con mayor cantidad de uniones a realizar, se puede presentar mayor cantidad de errores. Esto debe evitarse durante la etapa de instalación.

El arranque

Uno de los momentos más críticos para el motor, la red y la carga es el arranque. Por sus características propias, el motor jaula de ardilla consume durante el arranque una corriente que puede oscilar entre 5 y 8 veces la corriente nominal. El arranque es el periodo en el que el motor hace la transición desde su estado de reposo hasta su velocidad de régimen.

Para la red, la mejor condición de arranque es aquella en que este tiempo de transición es el mínimo posible y la corriente consumida es la mínima posible. Para el motor, la mejor condición de arranque es la que garantiza el menor calentamiento. Para la carga, la mejor condición es aquella que garantiza los menores desgastes mecánicos. En general, el tipo de arranque de cada aplicación debe ser analizado adecuadamente para lograr el mejor equilibrio entre las tres parte mencionadas previamente.

Las características de curva de carga y momento de inercia tanto de motor como de carga, deberían ser consideradas en este análisis. Junto con criterios técnicos se considerarán criterios económicos.Existen los siguientes tipos de arranque:1. Directo. El motor tendrá una corriente de arranque normal (hasta ocho veces la corriente nominal) y un par de arranque normal.2. Estrella-Triángulo. La corriente y el torque se reducen a la tercera parte (hasta tres veces la corriente nominal). 3. Por Autotransformador. El autotransformador es fabricado para entregar al motor una tensión menor de la nominal. Esta tensión puede estar entre el 30% y el 70% dependiendo de la aplicación. La corriente y el torque variarán en proporción cuadrática a la tensión de alimentación.4. Arranque electrónico suave. En este método, el arrancador alimenta el motor con una tensión reducida y gradualmente aumenta la tensión hasta la tensión de régimen. El comportamiento inicial de la corriente y el torque será idéntico al método 3, pero el comportamiento durante todo el periodo de transición dependerá de la manera como el arrancador suave sea controlado. 5. Variador de velocidad (o variador de frecuencia). Mediante este método, se logra limitar la corriente de

arranque a valores de hasta dos veces la corriente nominal, mientras se obtiene

un torque de arranque adecuado para cualquier aplicación. Además, la

transición será la más suave posible de todos los métodos. Mecánicamente, es la mejor forma de hacer la operación, además de que permite realizar control de

velocidad preciso, gracias a los avances de la electrónica de potencia y control.

En los primeros tres métodos se da una transición brusca desde el reposo hasta su velocidad de régimen. En los métodos 2 y 3, adicionalmente se da una transición desde el estado de tensión reducida a tensión plena. En el método 4, se logra una transición menos brusca, pero aún con algunos saltos, pues lo que se está controlando es la tensión de alimentación. En el método 5, se logra una transición mucho más suave, pues se está controlando efectivamente la velocidad del motor y de la carga.

Continua en la proxima edición...

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Ventajas del uso de filtros para corrección de factor de potencia

Resumen: Se describen las ventajas de corrección del factor de potencia empleando filtros en lugar de bancos de capacitores. Los filtros tienen las siguientes ventajas:

1) evitan resonancia paralelo, 2) evitan resonancia serie, 3) limitan la corriente de energización de los capacitores, 4) atenúan los disturbios en voltaje ocasionados por la conexión de capacitores, 5) Atenúan la magnificación ocasionada por conexión de bancos de capacitores en media tensión. Palabras clave: filtros, calidad de energía eléctrica, factor de potencia, armónicas .

I. INTRODUCCIÓN

Las cargas no lineales en sistemas eléctricos producen distorsión en las corrientes y en los voltajes [1]-[2]. Existen diversas prácticas para limitar el flujo de armónicas del equipo que las genera hacia donde la presencia de éstas es indeseable o para disminuirlas a niveles aceptables [3]-[4].En este artículo se describen las ventajas de emplear filtros en lugar de bancos de capacitores. Las gráficas presentadas fueron obtenidas mediante mediciones de campo y simulaciones empleando el programa EMTP [5]. Un filtro de armónicas utilizado para corregir el factor de potencia tiene un doble propósito:

A la frecuencia fundamental (60 Hz) proporciona los VAR para corregir el factor de potencia de desplazamiento y a las frecuencias superiores a la de sintonía proporciona una trayectoria de baja impedancia para ciertas armónicas producidas por las cargas, lo cual se traduce en un mejor factor de potencia de distorsión y por lo tanto en un mejor factor de potencia total.Los filtros considerados en este artículo consisten en la conexión serie de un capacitor y un reactor. Este tipo de filtros permiten la corrección del factor de potencia de desplazamiento sin exhibir resonancia en presencia de cargas no lineales. Absorben una parte de la distorsión armónica presente en la carga, dependiendo de los VA del filtro y los VA de corto circuito en el punto de instalación. La instalación de filtros presenta las ventajas descritas en este artículo con respecto a la instalación de bancos de capacitores.

II. DESCRIPCIÓN DE VENTAJAS

A. Evitan que se presente el fenómeno de resonancia paralelo. La conexión de capacitores para corregir el factor de potencia produce una frecuencia de resonancia. Aquellas armónicas producidas por la carga cuya frecuencia sea cercana a esta frecuencia de resonancia se verán amplificadas, lo cual se traduce en un bajo factor de potencia de distorsión y en una mayor distorsión de voltaje interfiriendo con la correcta operación del equipo sensible (computadoras, PLC’s, equipo basado en microcontrolador, etc.).

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Jesús A. Baez Armando Llamas Jorge de los Reyes Salvador Acevedo Miembro, IEEE Miembro, IEEE Miembro, IEEE Miembro, IEEE

Departamento de Ingeniería EléctricaInstituto Tecnológico y de Estudios Superiores de MonterreyCampus Monterrey, MEXICO 64849

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La Figura 1 muestra el circuito equivalente simplificado que puede utilizarse para analizar el comportamiento del sistema cuando se conectan bancos de capacitores y filtros para corregir el factor de potencia en instalaciones con cargas no lineales.

La Figura 2 muestra el voltaje al neutro y la corriente de línea medidos en terminales de un transformador que alimenta a una carga no lineal. La Figura 2a presenta las mediciones efectuadas cuando se conectó un banco de capacitores, mientras que la Figura 2b muestra las mediciones al conectar un filtro de armónicas. Obsérvese como se disminuye la distorsión de corriente y voltaje con la conexión del filtro.

B. Evitan que se presente el fenómeno de resonancia serie.

Si el voltaje de alimentación de la compañía suministradora presenta distorsión (Vh), y la combinación serie de la inductancia del sistema y transformador (Ls) con el capacitor (C) presenta una impedancia baja a una de las armónicas existentes en el voltaje primario, se presentarán corrientes elevadas que se traducirán en una elevada distorsión en el voltaje

La Figura 3 muestra el efecto de conectar un banco de capacitores en un sistema en el cual se tiene un suministro con una distorsión de voltaje (quinta

armónica) considerable.

La Figura 3a muestra el voltaje registrado previo a la conexión del capacitor. La Figura 3b muestra el voltaje y la corriente cuando se conecta solo el capacitor. Debido a la baja impedancia que presenta la combinación capacitor y transformador a la quinta armónica, estos elementos se comportan como un filtro visto desde media tensión. En la Figura 3c se muestra el efecto de agregar un reactor serie para disminuir la distorsión de corriente y voltaje.

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Figura 1. Efecto de la conexión de bancos de capacitores y filtros en la amplificación de las armónicas

Figura 2. Efecto de conectar filtro de rechazo en la distorsión de voltaje y corrienteFigura 3. Efecto de conectar filtro de armónicas en la distorsión de voltaje en el capacitor

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C. Limitan la corriente de energización de los capacitores.

La conexión de un banco de capacitores trae como consecuencia una corriente de energización elevada, situación que se ve agravada cuando se conecta un banco que se encuentra eléctricamente cerca de uno o más bancos ya energizados. Esta corriente elevada, la cual puede alcanzar niveles de corto circuito, resulta peligrosa para quien acciona el interruptor y perjudicial para la vida de los interruptores y capacitores. El agregar reactores en serie con los bancos de capacitores reduce considerablemente estas sobrecorrientes. La Figura 4 muestra las corrientes de energización de dos bancos de capacitores en paralelo los cuales se van a energizar uno después de otro y permite la comparación de las corrientes de energización con reactor y sin reactor. La Figura 4a muestra la disminución en la corriente de energización al agregar el reactor. En la Figura 4b se muestra la corriente del segundo banco y se observa que la corriente de éste se limita en forma importante cuando se tienen reactores.

D. Atenúan los disturbios en el voltaje ocasionados por la conexión de capacitores.

En la Figura 5 se ilustra la comparación de dos bancos de capacitores los cuales son energizados uno después del otro. La Figura 5a corresponde a la situación en donde no se tienen reactores conectado en serie con el capacitor y la Figura 5b corresponde a la situación en la cual se agregó un reactor al banco de capacitores.

E. Atenúan la magnificación ocasionada por conexión de bancos en media tensión.

Esta situación se presenta cuando se tienen bancos de capacitores en media tensión y baja tensión. Esta situación es mas notoria cuando la frecuencia de resonancia de los dos bancos sea parecida. Cuando se conecta el banco de capacitores en media tensión se provoca un sobrevoltaje transitorio que se amplifica en el lado de baja tensión del transformador. La presencia de los reactores atenúa de manera considerable este sobrevoltaje. En la Figura 6a se muestra la amplificación del voltaje en el lado de baja tensión cuando se energiza el banco de capacitores de media tensión. En la

Figura 6b se muestra el mismo esquema, pero ahora en lugar de banco de capacitores en baja tensión se tiene conectado un filtro.

Tecnología

Figura 4. Efecto del reactor en la corriente de energización de los bancos de capacitores

Figura 5. Efecto del reactor en los sobrevoltajes ocasionados por la conexión del banco

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III. CONCLUSIONES

La instalación de filtros en presencia de armónicas es un remedio práctico y económico para la corrección de factor de potencia. El incremento en costos debido a la inclusión de reactores se justifica al prevenir fallas en capacitores, al reducir la distorsión de voltajes y corrientes y a la disminución de pérdidas en transformadores y líneas de alimentación debidas a la atenuación de armónicas de orden superior.Adicionalmente se tienen beneficios adicionales como la atenuación de las sobrecorrientes y sobrevoltajes ocasionados por maniobras de conexión de bancos de capacitoresSoluciones similares al caso presentado en este artículo se han desarrollado para varias industrias con un efectivo mejoramiento del factor de potencia y de la calidad de la energía eléctrica conllevando a un uso más eficiente de la energía eléctrica utilizada en los procesos de fabricación. IV. BIBLIOGRAFIA

1] R. C. Dugan, D. T. Rizy, “Electric Power System Harmonics,” Design Guide, McGraw-Edison Power Systems - Division of Cooper Industries., September 1987. 2] J. R. Linders, “Electric Wave Distortions: Their Hidden Costs and Containment,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. IA-15, No. 5, pp. 458-471, Sept/Oct. 1979.

3] J. F. Hibbard, Michael Z. Lowenstein, “Meeting IEEE 519-1992 Harmonic Limits,” TCI Power Quality Solutions. 4] IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants. IEEE Std. 141-1993. The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. 5] Microtran Power Systems Analysis Corporation, Microtran® Reference Manual, Vancouver, BC, Canada, 1997. 6] J. de los Reyes, A. Llamas, “Armónicas de Sintonía y de Resonancia Paralelo,” Memorias de la Reunión de Verano de Potencia 97 del IEEE , Acapulco, México, 1997. 7] G. Lemieux, “Power System Harmonic Resonance,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 26, No. 3, pp.

483-488, May/June 1990.

V. BIOGRAFIAS S. Acevedo (M’89) nació en la Ciudad de Oaxaca, México. Obtuvo los grados de Ingeniero Electricista (1985), Maestría en Ingeniería (1987) y Maestría en Ciencias (1993) en el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM), en Monterrey, México. Recibió el grado de Doctorado (Ph. D.) de The University of British Columbia (UBC), en Vancouver, Canadá en 1998. Desde 1987 ha laborado como profesor del ITESM, siendo Director del Departamento de Ing. Eléctrica de 1991 a 1994.

A. R. Llamas (M’89) nació en la Ciudad de México. Es Ingeniero Electricista (1983) y obtuvo la Maestría en Ingeniería (1985) en el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM), en Monterrey, México. En 1992 recibió el grado de Doctorado (Ph. D.) de Virginia Polytechnic Institute and State University. Desde 1993 labora como profesor del Departamento de Ing. Eléctrica del ITESM donde destaca como consultor en el área de calidad de energía eléctrica.

J. A. Baez (M’95) nació en Monterrey, NL; México. Es Ingeniero Mecánico Electricista (1987), Maestro en Ingeniería (1990) y Maestro en Ciencias (1995) del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM), en Monterrey, México. Desde 1991 es profesor consultor del Departamento de Ing. Eléctrica del ITESM. Su área primordial de interés es el uso eficiente y calidad de energía eléctrica.

J. A. de los Reyes (M’95) nació en La Piedad, Michoacán, México. Es Ingeniero Mecánico Electricista (1993) y tiene el grado de Maestro Ingeniería (1996) del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM), en Monterrey, México. Es profesor de cátedra del mismo instituto desde 1997 y es consultor independiente asesorando a diversas empresas en el área de uso eficiente y calidad de energía eléctrica.

Figura 6. Efecto del reactor en la amplificación del sobrevoltaje provocado por la conexión de un banco de capacitores en media tensión.

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La Seccional ADE Cartago conjuntamente con el Área de Electricidad del Colegio Universitario de Cartago, organizaron una charla y lograron una asistencia récord con 85 participantes a la capacitación sobre conductores eléctricos para uso residencial e industrial. La charla se llevó a cabo en el Salón del Padre Pío de los padres capuchinos de Cartago.

Ese día 9 de agosto se reunieron, afiliados a ADE, estudiantes del programa Electricidad Residencial del Colegio Universitario, estudiantes del primer ingreso al curso que se iniciará en la comunidad de Tierra Blanca, electricistas de la Empresas CELCA y SERMASA, además de otros invitados del Sector Eléctrico en la provincia-

Los participantes consideraron exitosa la capacitación brindada, durante tres y media horas, por el Ing. Noe Arita de Conducen, Phelps Dogde Internacional Corp.,

Como siempre don Noe, por el contenido, las demostraciones, equipo multimedia y rifas realizadas entre los participantes. Permítame en nombre de los asistentes darle nuestro agradecimiento y un 100 en su nota.

Profesor

Norman Solano

Presidente ADE CartagoCoordinador del Área Electricidad, Colegio Universitario Cartago.

ADE Cartago

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Año 16, N°92com

Filtros del tercer armónico

Puesta a punto para una mejor calidad de la energía

Jouko Jaakkola

La pantalla de su PC parpadea, deja de parpadear, vuelve a hacerlo otra vez ... Se trata de un fenómeno molesto que probablemente indica la existencia de un problema –armónicos de orden elevado– y que se está haciendo más frecuente a medida que la industria y el comercio añaden a su inventario de cargas eléctricas más equipos de electrónica de corriente fuerte y ordenadores, por no mencionar la iluminación fluorescente. Al mismo tiempo, la proliferación de equipos electrónicos en el puesto de trabajo ha convertido en problemático algo que el comercio y la industria esperan y demandan: una energía de gran calidad.

Los dispositivos electrónicos de corriente monofásica, tales como ordenadores, impresoras, fotocopiadoras, televisores, equipos de telefax, sistemas de alimentación ininterrumpida e iluminación, son las fuentes principales de corrientes armónicas en conductores neutros. Las corrientes armónicas sobrecargan el cableado de la construcción, aumentan las pérdidas de línea, reducen la capacidad del circuito y sobrecargan los c o n d e n s a d o r e s empleados para la corrección del factor de potencia. Esto constituye un problema e s p e c i a l m e n t e en el conductor neutro, donde se acumulan las corrientes del tercer armónico que, generalmente, son las de mayor magni-tud en las fases. Incluso cabe la posibilidad de que las corrientes del tercer armónico transportadas por el conductor neutro superen la corriente de los conductores de las fases.

Los problemas relacionados con las corrientes armónicas de dispositivos electrónicos monofásicos son más acusados en el comercio y en el sector de la electrónica, donde la concentración de este tipo de equipos es muy grande. Un problema adicional es que los sistemas eléctricos de muchos edificios antiguos no fueron diseñados para soportar las oficinas actuales, basadas completamente en la electrónica.

Un problema particular de la mayoría de los dispositivos electrónicos son las cargas no lineales, provocadas por las fuentes de alimentación conmutadas de los ordenadores y de otros equipos de oficina, y las fuentes constituidas por un rectificador puente y un condensador de filtro.

¿Está embrujada su red?

El número creciente de cargas eléctricas no lineales que se instalan –iluminación fluorescente, ordenadores, sistemas de alimentación ininterrumpida, equipos de soldadura, etc.– está haciendo sentir su presencia de

diversas maneras. Esto se debe a que generan armónicos, que pueden provocar problemas muy significativos y con frecuencia difíciles de detectar para los demás usuarios conectados a la misma red eléctrica. ¿Pero qué son los armónicos, de dónde proceden exactamente y por qué constituyen un

problema?Qué son los armónicos puede

decirse en pocas palabras: son múltiplos de la forma de onda sinusoidal

producida por el generador, que aparecen en el sistema eléctrico. Por ejemplo, en una

red en que la forma de onda fundamental es 50 Hz, el tercer armónico es 150 Hz, el quinto armónico 250 Hz, el séptimo 350 Hz, y así sucesivamente.

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Solamente son importantes los armónicos de número impar, aunque todos los armónicos afectan a la forma de onda actual.El tercer armónico (150 Hz) y el quinto armónico (250 Hz) son los que aparecen con más frecuencia. Generalmente las cargas monofásicas generan el tercer armónico, mientras que las cargas trifásicas son responsables del quinto. (Los armónicos quinto y séptimo se pueden filtrar mediante los denominados ‘circuitos sintonizados’ pero hasta ahora no disponíamos de una forma económica de filtrar el tercer armónico.)La carga eléctrica determina la corriente extraída del sistema, ya que la tensión de alimentación es esencialmente constante. Una carga lineal, como una resistencia óhmica, tiene una impedancia constante y, por consiguiente, la corriente de carga que genera tiene la misma forma de onda que la fuente de tensión y es perfectamente sinusoidal, siempre que la tensión de alimentación también lo sea. Por otra parte, una carga no lineal varía su impedancia, por ejemplo, cuando la amplitud del voltaje cambia y, por lo tanto, produce una corriente no sinusoidal y devuelve al sistema una onda de corriente distorsionada.Cargas no lineales típicas son los transformadores que funcionan cerca del punto de saturación y los rectificadores de corriente.¿Dónde reside el problema? Desde siempre, los sistemas de distribución trifásicos, de cuatro hilos, que prestan

servicio a cargas monofásicas equilibradas han tenido un conductor neutro común para llevar solamente un desequilibrio mínimo de corriente de las cargas. Sin embargo, en presencia de cargas no lineales monofásicas desequilibradas, el conductor neutro común puede llevar un exceso de corriente, debido al tercer armónico que se ‘acumula’ en él.Por supuesto, la sobrecarga del conductor neutro se puede evitar proporcionando a cada una de las fases un conductor neutro independiente y de sección adecuada de retorno al cuadro de alimentación, pero esta es, obviamente, una solución poco económica.En un ejemplo de la vida real, se conectaron tres PC de 120 V a un sistema trifásico de 208/120 V, un PC a cada fase. Cada PC consumía 1,2 A, pero el conductor neutro llevaba 2 A. Obviamente, existe un riesgo de incendio cuando se hacen pasar corrientes de

intensidad muy alta por un conductor neutro de sección inadecuada, ya que no existe un fusible para protegerlo.Los problemas del tercer armónico se pueden eliminar mediante la instalación de un filtro especial, como se comentó en este artículo.Un cliente de ABB en Escandinavia que ha instalado recientemente un filtro de este tipo informa de un ahorro anual de unos 100.000 dólares gracias a la reducción del consumo eléctrico y a la mejora del rendimiento de los equipos. Y el ‘electrosmog’ generado por los equipos se ha reducido de forma espectacular.

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electricidadREVISTA

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Tecnología

El proceso del cultivo de biomasa está sujeto a las mismas preocupaciones ambientales que cualquier clase de agricultura. Utiliza una gran superficie de tierra y, para un cultivo económico, puede necesitar de fertilizantes y pesticidas. La biomasa que se produce como un subproducto de la agricultura puede ser prometedora, pero la mayoría de esta biomasa actualmente está siendo utilizada como abono del suelo, cuando no hay otro, o como alimento del ganado. Energía Solar

Energía solar a pequeña escala de células fotovoltaicas en los tejados de los edificios de Berlín.

La energía solar se extrae de la luz del Sol. Esto se puede hacer directamente, con células fotovoltaicas, o mediante la utilización de conjuntos de espejos que concentren la luz solar en un punto común que se calienta en extremo. Este calor puede calentar agua hasta convertirla en vapor que, pasando por una turbina con un generador, puede producir electricidad.En cualquier caso, se necesita un gran espacio de terreno para recibir la necesaria cantidad de luz solar. Los desiertos son las ubicaciones habituales elegidas. La fabricación de células solares provoca la liberación de contaminantes al ambiente, así como las emisiones asociadas con la energía necesaria para hacer e instalar las células -El energey pay back, tiempo necesario para producir la energía empleada durante todo

el proceso de producción, se sitúa en torno a los tres años, sobre los 30-40 años de vida útil de las células-. Una vez se ha construido un colector solar, su impacto ambiental no es grave. Ocupa una gran porción de terreno, lo que deniega su uso a los frágiles sistemas del desierto, y el aire recalentado puede llevar a ligeros cambios climáticos locales. Los espejos o las células deben ser objeto de limpieza, lo que probablemente requiere un cierto volumen de agua. En donde es posible, la energía solar es generalmente completamente compatible con el medio ambiente.Se han realizado algunos proyectos para aprovechar células solares relativamente pequeñas, mediante su colocación en los tejados de casas unifamiliares. Generalmente, la energía eléctrica generada no es suficiente para reembolsar los costos a los actuales precios de la electricidad a corto plazo, por lo que, cuando no hay subvenciones gubernamentales, el método se utiliza raramente. Normalmente, es más práctico usar pequeños colectores solares para calentar el agua directamente, atendiendo las necesidades domésticas de agua caliente.

Energía eólicaLa energía eólica obtiene la electricidad del movimiento del aire sobre la superficie de la tierra. Las estaciones de energía eólicas normalmente están compuestas por grandes “granjas de viento” (campos de grandes molinos de viento) en ubicaciones con relativamente fuertes y constantes vientos. Estas granjas normalmente se consideran poco atractivas. Además, los molinos de viento interrumpen vientos de baja intensidad, y pueden ser muy ruidosos. Ambos hechos crean problemas para las poblaciones de aves locales, especialmente la muerte de muchas de ellas. Los molinos también necesitan un mantenimiento constante, ya que están formados de muchas partes móviles expuestas a los elementos. Ahora un esfuerzo considerable se ha realizado para conseguir granjas de viento a varios kilómetros mar adentro. Los que apoyan este esfuerzo esperan que así se reduzcan las preocupaciones que tienen los oponentes. Muchos propietarios de casas en áreas con fuertes vientos y costosa instalación eléctrica convencional, instalan pequeños molinos de viento para reducir sus facturas de electricidad.

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Preocupaciones medioambientales con la generación de energía eléctrica

...Continuación de edición anterior.

Energía geotérmicaLa energía geotérmica obtiene la electricidad de la diferencia de temperatura entre las rocas calientes de las profundidades de la Tierra y la relativamente fría del aire y el agua en su superficie. Esto requiere que la roca caliente esté relativamente poco profunda, por lo que sólo puede ser aplicada en áreas geológicamente activas. Puede afectar a géisers cercanos (dado que tienen sistemas muy sensibles), pero la única mayor preocupación ambiental es la polución por calor. Puesto que la energía eléctrica se obtiene del chorro de calor, el exceso es lanzado bien al aire o al agua, lo que, en cualquier caso, puede interferir con los ecosistemas locales. No obstante, este tipo de polución es más o menos inevitable en todos los establecimientos de población nórdicos. Las plantas geotérmicas también pueden emitir sales sulfuro de hidrógeno, o radón transportado a la superficie por la corriente geotérmica.

Energía NegawatioBajo esta expresión se cataloga como energía la obtenida como resultado de un uso más eficiente de la electricidad. La energía negawatio es un modo de suministrar energía eléctrica adicional a los consumidores sin incremento de la capacidad de generación y con un coste de alrededor de la mitad de la generación a gran escala. Por cuanto está relacionada con eficiencia en la utilización difiere según la escala y el comportamiento del mercado. Este método de generación virtual puede proporcionar décadas de crecimiento de suministro en el lugar de generación reduciendo de esta forma los impactos ambientales de la generación convencional. Dicho sencillamente, cuesta menos incrementar la disponibilidad aumentando la eficiencia en el consumo, que incrementar la capacidad de las plantas generadoras.