Informe - Escuela de Ingeniería Eléctrica

Universidad de Costa Rica
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Eléctrica
IE – 0502 Proyecto Eléctrico
ESTUDIO PARA LA DETERMINACION DEL
FACTOR DE DEMANDA DE LOS LOCALES DE
GRANDES CENTROS COMERCIALES
Por:
MANUEL MURILLO GONZÁLEZ
Ciudad Universitaria Rodrigo Facio
Julio del 2009
ESTUDIO PARA LA DETERMINACION DEL
FACTOR DE DEMANDA DE LOS LOCALES DE
GRANDES CENTROS COMERCIALES
Por:
MANUEL MURILLO GONZÁLEZ
Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica
de la Facultad de Ingeniería
de la Universidad de Costa Rica
como requisito parcial para optar por el grado de:
BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA
Aprobado por el Tribunal:
_________________________________
Ing. Luis Fdo. Andrés Jácome
Profesor Guía
_________________________________
Ing. Wagner Pineda Rodríguez
Profesor lector
_________________________________
Ing. Raúl Fernández Vásquez
Profesor lector
ii
DEDICATORIA
Este trabajo se lo dedicó principalmente a mis padres, Manuel Murillo y Seidy
González, los cuales quiero montones y les estoy muy agradecido por la confianza y el
apoyo que me han dado durante toda mi vida. También a mis tres hermanas y a mi sobrino
Alejandro, porque junto con mis padres son las personas más importantes para mí en el
mundo.
iii
RECONOCIMIENTOS
Quiero dar un reconocimiento muy especial a mi profesor guía, el Ing. Luis
Fernando Andrés Jácome, el cual además de ayudarme con mi práctica profesional siempre
estuvo disponible y atento a todas las dudas y consultas respecto a este proyecto.
A los dos profesores lectores, los ingenieros Wagner Pineda Rodríguez y Raúl
Fernández Vásquez, que al igual a Don Luis, siempre estuvieron disponibles para ayudarme
y corregirme en todo momento; y junto a ellos dos personas que me dieron su valiosa
colaboración sin siquiera pensarlo, el Ing. Mario Calvo y el Sr. Luis Barrientos.
En general dar un reconocimiento a todo el personal de la CNFL con los que
interactúe, porque siempre me dieron su apoyo y asistencia, en general al Departamento de
Redes Eléctricas, Departamento de Planificación y Diseño y a los integrantes de SIGEL.
Por último, a mi familia por el apoyo que siempre me han brindado.
iv
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................. vii
ÍNDICE DE TABLAS .................................................................................. viii
NOMENCLATURA ....................................................................................... ix
RESUMEN ........................................................................................................x
CAPÍTULO 1: Introducción ...........................................................................1
1.1
Objetivos ................................................................................................................ 4
1.1.1
Objetivo general ............................................................................................. 4
1.1.2
Objetivos específicos ..................................................................................... 4
1.2
Metodología ........................................................................................................... 5
CAPÍTULO 2: Características de la carga ....................................................6
2.1
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.1.4
2.1.5
2.1.6
2.1.7
Características generales. Definición de los principales factores. ......................... 6
Potencia eléctrica ........................................................................................... 7
Demanda ........................................................................................................ 8
Demanda máxima......................................................................................... 11
Carga conectada ........................................................................................... 12
Factor de carga ............................................................................................. 13
Factor de diversidad y factor de coincidencia.............................................. 14
Factor de demanda ....................................................................................... 19
CAPÍTULO 3: Cargabilidad de transformadores de distribución ...........21
3.1
Expectativa de vida de transformadores de distribución...................................... 21
Aspectos generales ....................................................................................... 21
Expectativa normal de vida.......................................................................... 22
3.2
Limitaciones ......................................................................................................... 23
3.2.1
Aspectos generales ....................................................................................... 23
3.2.2
Limitaciones para usar un transformador sobrecargado .............................. 24
3.3
Tipos de carga ...................................................................................................... 24
3.3.1
Carga para una normal expectativa de vida bajo las condiciones
especificadas ................................................................................................................ 24
3.3.2
Carga de acuerdo a temperatura máxima del aceite..................................... 25
3.3.3
Carga continua basada en incrementos de temperatura dependiendo del
viento promedio ........................................................................................................... 26
3.3.4
Carga en intervalos pequeños de tiempo con un sacrificio moderado de la
vida útil (operaciones donde el punto más caliente alcanza los 110 oC) ..................... 28
3.1.1
3.1.2
v
CAPÍTULO 4: Ciclos de carga......................................................................29
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.1.4
Aspectos generales ....................................................................................... 29
Método para convertir ciclos de carga de real a equivalente. ...................... 30
Pico de carga equivalente............................................................................. 31
Perfiles de carga de centros comerciales en estudio. ................................... 32
CAPÍTULO 5: Factores y cargabilidad obtenidos......................................36
5.1
Multiplaza del Este............................................................................................... 36
Centro Comercial Multiplaza del Este, Sala de Máquinas 1........................ 36
Centro Comercial Multiplaza del Este, Sala de Máquinas 2........................ 40
Centro Comercial Multiplaza del Este, Sala de Máquinas 3........................ 44
5.2
Plaza Rohrmoser .................................................................................................. 49
5.3
Demanda de acuerdo a la naturaleza del local comercial .................................... 53
5.3.1
Área de comidas rápidas, cafeterías, restaurantes y dulcerías. .................... 53
5.3.2
Área de venta de ropa................................................................................... 54
5.3.3
Área de servicios .......................................................................................... 55
5.3.4
Bancos .......................................................................................................... 56
5.3.5
Zapaterías ..................................................................................................... 56
5.1.1
5.1.2
5.1.3
CAPÍTULO 6: Conclusiones y recomendaciones........................................57
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................63
APENDICE .....................................................................................................64
6
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Grafico PIB y Consumo de Energía eléctrica VS tiempo..................................... 2
Figura 2.1 Curva de carga demostrativa .............................................................................. 10
Figura 2.2 Curva que muestra los límites de variación del factor de coincidencia para
grupos diversos de consumidores residenciales ........................................................... 18
Figura 3.1 Carga continua aproximada para una expectativa de vida normal basado en la
temperatura máxima del aceite..................................................................................... 25
Figura 3.2 Expectativa de pérdida de vida (basado en una vida normal de 180 000 h)....... 27
Figura 4.1 Ciclo de carga de transformador ubicado en Plaza Obelisco. KW en relación al
tiempo, dividido en segmentos de 15 minutos. ............................................................ 29
Figura 4.2 Ejemplo de ciclo de carga real y su equivalente................................................. 31
Figura 4.3 Perfil de carga variable. ...................................................................................... 34
Figura 4.4 Perfil de carga equivalente.................................................................................. 34
Figura 5.1 Cargabilidad total del transformador ubicado en sala de máquinas 1. ............... 40
Figura 5.2 Cargabilidad total del transformador ubicado en sala de máquinas 2. ............... 43
Figura 5.3 Cargabilidad total del transformador ubicado en sala de máquinas 3. ............... 47
Figura 5.4 Cargabilidad total del transformador ubicado en Plaza Rohrmoser. .................. 52
vii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 3.1 Límites sugeridos de temperatura y carga para transformadores de distribución
sobrecargados con 65 grados centígrados de incremento. ........................................... 24
Tabla 5.1 Valores de factor de carga en sala de máquinas 1 de Multiplaza del Este........... 37
Tabla 5.2 Cargas y sus características del transformador 1 ................................................. 38
Tabla 5.3 Valores de factor de carga en sala de máquinas 1 de Multiplaza del Este........... 41
Tabla 5.4 Cargas y sus características del transformador 2 ................................................. 42
Tabla 5.5 Valores de factor de carga en sala de máquinas 3 de Multiplaza del Este........... 44
Tabla 5.6 Cargas y sus características del transformador 3 ................................................. 45
Tabla 5.7 Valores de factor de carga para sector de comidas. ............................................. 48
Tabla 5.8 Valores de factor de carga para locales comerciales en general. ......................... 48
Tabla 5.9 Valores de factor de carga en centro Comercial Plaza Rohrmoser...................... 49
Tabla 5.10 Cargas y sus características del transformador 1, Plaza Rohrmoser.................. 50
Tabla 5.11 Cargas y características del local, venta de alimentos. ...................................... 53
Tabla 5.12 Cargas y características del local, venta de ropa................................................ 54
Tabla 5.13 Cargas y características del local, venta de servicios......................................... 55
Tabla 5.14 Cargas y características del local, bancos. ......................................................... 56
Tabla 5.15 Cargas y características del local, zapaterías. .................................................... 56
viii
NOMENCLATURA
CNFL
Compañía Nacional de Fuerza y Luz, S.A.
Dm
Demanda promedio
Dms
Demanda máxima del sistema
Fc
Factor de carga
Fd
Factor de demanda
Fdiv
Factor de diversidad
HP
Caballos de fuerza, medida de potencia
kVA
Kilo voltio amperio, símbolo de la potencia aparente
kVAr
Kilo voltio amperio reactivo, símbolo de la potencia reactiva.
kW
Kilovatio o kilowatt, símbolo de la potencia real.
kWh
Kilo vatio hora, unidad de medida de la energía eléctrica.
ix
RESUMEN
En este trabajo se ejecutó un estudio para parametrizar la demanda de locales
ubicados en grandes centros comerciales, mediante este análisis de la demanda lograr
determinar los factores de carga, coincidencia y diversidad de este tipo de locales. Además
encontrar la cargabilidad total que se presentan en los transformadores de distribución
usados en estos lugares.
El estudio se hizo mediante la obtención de los perfiles de carga de cada local
comercial, los cuales se obtuvieron de los respectivos medidores. También se busco la
relación de cada medidor con su apropiado transformador, local comercial y la naturaleza
de este.
La toma de muestras para la investigación se realizó en el centro comercial
Multiplaza del Este, en el cual se tiene tres transformadores de distribución y alrededor de
130 locales comerciales, y en el centro comercial Plaza Rohrmoser donde se analizó un
transformador de distribución y sus 42 locales comerciales asociados.
Al finalizar el estudio se encontraron factores de carga, diversidad y coincidencia
para locales comerciales, se encontró la variación de estos así como la carga demandada
por metro cuadrado dependiendo de la naturaleza del local comercial, sin embargo sería de
gran utilidad ampliar el número de muestras para mejorar la certeza de los resultados.
Por último con el estudio de cargabilidad se encontró que los transformadores se
encuentran altamente sobrecargados, por lo que se recomienda una nueva medición de la
carga total para ver si es necesario tomar medidas correctivas.
x
CAPÍTULO 1: Introducción
Costa Rica, como muchos otros países del mundo, aumentó en la última década su
Producto Interno Bruto, a raíz de muchas causas, entre ellas y posiblemente una de las más
notorias, el desarrollo de la industria y el comercio. Este desarrollo está innegablemente
relacionado con el consumo de la energía eléctrica, la cual es uno de los principales
insumos para la producción y el desarrollo. Ante el aumento de la producción, también se
ha tenido que aumentar, lógica y consecuentemente, la producción de energía eléctrica.
Durante muchos años en los países desarrollados llegaron a aceptar que el consumo de
energía debía crecer a un ritmo semejante que el desarrollo económico, es decir, si la
producción se duplicaba, debía también duplicarse la generación eléctrica, por lo que se
tenía una grafica de crecimiento del PIB muy similar a la del consumo de energía eléctrica.
Esta teoría fue desechada por países como Japón y Francia que a finales del siglo
pasado lograron producir más sin aumentar los consumos de energía y materiales, lo cual se
logró mediante acciones cuyo objetivo era incrementar la eficiencia energética, tanto a
nivel de industrias, residencias y otros establecimientos. Por ejemplo Japón logró en 1990
producir más con las mismas cantidades de materias primas y recursos de 1970, logrando
esto mediante una gran eficiencia. Si en Costa Rica continuamos con el mismo ritmo de
crecimiento del PIB y de consumo de energía eléctrica actual, en un período de 10 a 15
años tendremos que, al menos duplicar nuestra capacidad de generación, mientras que si
1
2
logramos mejorar la eficiencia este plazo de tiempo se prolongaría, dándole al país la
oportunidad de llevar a cabo todos los planes de generación que tenga.
Figura 1.1 Grafico PIB y Consumo de Energía eléctrica VS tiempo
Esta preocupación es uno de los principales objetivos de este trabajo, en el cual a
partir de la caracterización de la carga de grandes centros comerciales, mediante el
procesamiento de los perfiles de carga, se puede escoger el transformador óptimo, mediante
un análisis de pérdidas. Esta información es la que se obtendrá de fuentes seguras y veraces
con la colaboración de la CNFL S.A. La información se obtendrá de los medidores de los
centros comerciales. Pensando en la gran cantidad de centros comerciales que ya existen en
el país, y otros tantos que vendrán en un futuro muy cercano, todo lo que venga a contribuir
con mejorar la eficiencia, en cuanto al consumo de energía eléctrica es beneficioso.
Además esta caracterización de la carga viene a ayudar para futuros diseños de esta índole
3
y evitar sobre dimensionamiento. También tiene utilidad para ingenieros eléctricos de
distribución, para los cuales es de gran importancia conocer las características de la carga y
ver las repercusiones que tiene esta en el sistema en general. Finalmente tener este tipo de
carga caracterizada con las características que se dan en Costa Rica puede resultar de
utilidad para otros objetivos, además de los enunciados.
4
1.1 Objetivos
1.1.1
Objetivo general
Realizar un estudio para parametrizar la demanda de locales de grandes centros
comerciales, con la finalidad de determinar los factores de carga, de coincidencia y
simultaneidad, así como el transformador óptimo mediante un estudio de pérdidas de
transformación.
1.1.2
•
Objetivos específicos
Realizar un estudio de las normas que se refieren a la cargabilidad de los
transformadores de distribución.
•
Recolectar los perfiles de carga de los medidores de energía eléctrica de los locales
comerciales ubicados en grandes centros comerciales. El estudio se efectuará en los
siguientes centros comerciales: Multiplaza del Este y Plaza Rohrmoser.
•
Realizar un procesamiento de la información recolectada para determinar la potencia
RMS de cada uno de los medidores de energía de los locales comerciales. Esta
actividad se desarrollará con el perfil de precarga (baja carga) y de sobrecarga (alta
carga).
•
Obtener toda la información de los transformadores de distribución que alimenten el
centro comercial en estudio.
•
Determinar, mediante los datos obtenidos, el transformador óptimo para la alimentación
de cada uno de los centros comerciales en estudio y calcular la potencia óptima
mediante un estudio de pérdidas de transformación.
5
1.2 Metodología
La primera parte del proyecto consiste en obtener acceso a los centros de medidores
y la obtención de la información respectiva de los ductos, entre estos datos tenemos los
números de medidores y la localización. Se deberá ir a las respectivas bóvedas de
medidores a obtener los perfiles de carga, esto se realizará con ayuda de personal de la
CNFL, S.A. En estas visitas se buscará obtener la correlación de cada medidor con su
respectivo local, será de gran interés conocer ciertas características, entre estas el área
aproximada y el tipo de función del local. También se buscará la correlación de los
medidores con su respectivo transformador.
Una vez que se tenga la información, se iniciará el procesamiento de la misma, con
el fin de convertir dichos perfiles de carga variable a carga RMS, obteniendo aquí un valor
RMS de baja y alta carga.
A partir del procesamiento de datos obtener los respectivos valores de factor de
carga, factor de diversidad y simultaneidad o coincidencia, y a partir de estos caracterizar la
carga.
Por último, mediante un estudio de pérdidas se determinará los transformadores
óptimos para los respectivos centros comerciales.
CAPÍTULO 2: Características de la carga
El conocimiento de las características de la carga1 eléctrica de un sistema de
distribución y la aplicación de los conceptos fundamentales de la teoría de la electricidad
son los requisitos más esenciales para diseñar y operar un sistema de esta naturaleza. Por
esto es necesario tener conocimientos claros de la carga del sistema que se va a alimentar
para diseñarlo y operarlo en forma óptima. Desafortunadamente, aunque el ingeniero que
planea un sistema de distribución tiene la libertad en la selección de muchos factores que
intervienen en el diseño del sistema, no la tiene en uno de los más importantes: la carga, ya
que ésta no queda dentro del entorno del sistema de distribución, siendo definitivamente la
más importante y decisiva variable externa tanto para el diseño como en la operación del
sistema.
Un estudio de las cargas y sus características abarca no solamente los diversos tipos
de aparatos que se usan y su agrupación para conformar la carga de un consumidor
individual, sino también el grupo de consumidores que integran la carga de la zona. Antes
de proceder al estudio de cada uno de los tipos de carga, dando mayor importancia a la
carga comercial por el enfoque de la investigación, es necesario subrayar nuevamente la
importancia de conocer las características de la carga y cómo afectan al diseño en general.
2.1
Características generales. Definición de los principales factores.
Mediante algunos aparatos de medición debidamente instalados y sincronizados es
posible obtener cantidades de energía eléctrica que permitan definir de manera adecuada
1
Espinoza, Roberto. “Sistemas de Distribución”. México. 1990, Capítulo 3, página 55.
6
7
una carga o un conjunto de cargas, así como determinar y aun predecir el efecto que pueden
tener en un sistema de distribución. Sin embargo, el uso de este tipo de tablas o gráficas así
obtenidas en muchas ocasiones no basta para definir las características de una carga.
En ingeniería eléctrica de distribución existen algunos términos que explican
claramente las relaciones de cantidades eléctricas que pueden ayudar a precisar las
características de una manera sencilla; asimismo, estas relaciones son útiles para determinar
los efectos que la carga puede causar en el sistema.
2.1.1
Potencia eléctrica
La potencia eléctrica representa la razón a la cual el trabajo se efectúa en un circuito
eléctrico. La unidad que por lo regular se usa es el watt o kilowatt. El término “razón a la
cual se efectúa” introduce un elemento de tiempo en la definición de potencia eléctrica, de
tal manera que un kilowatt para un periodo definido representa una razón específica a la
cual el trabajo se puede efectuar. El kilowatt-hora representa la potencia eléctrica de un
kilowatt actuando en un intervalo de una hora; así pues, éste representa una medida del
trabajo total, que realiza un circuito eléctrico. Si, por ejemplo, el circuito entrega 60 kW en
un minuto, esa misma cantidad de trabajo realizará un kilowatt-hora. Sin embargo, la razón
a la que el circuito está haciendo el trabajo será sesenta veces mayor. En consecuencia, una
potencia eléctrica define la razón a la cual ese requiere que el sistema de alimentación
efectúe el trabajo.
8
2.1.2
Demanda
La demanda de una instalación o sistema es la carga en las terminales receptoras
tomada en un valor medio en determinado intervalo. En esta definición se entiende por
carga la que se mide en términos de potencia (aparente, activa, reactiva o compleja) o de
intensidad de corriente. El periodo durante el cual se toma el valor medio se denomina
intervalo de demanda y es establecido por la aplicación específica que se considere, la cual
se puede determinar por la constante térmica de los aparatos o por la duración de la carga.
La carga puede ser instantánea, como cargas de soldaduras o corrientes de arranque
de motores. Sin embargo, los aparatos pueden tener una constante térmica en un tiempo
determinado, de tal manera que los intervalos de demanda pueden ser de 15, 30, 60 o más
minutos, dependiendo del equipo de que se trate. Se puede afirmar entonces que al definir
una demanda es requisito indispensable indicar el intervalo de demanda, ya que sin esto el
valor que se establezca no tendrá ningún sentido práctico.
Por ejemplo, si se quiere establecer el valor de demanda en amperes para la
selección o ajuste de fusibles o interruptores se deberán utilizar valores instantáneos de
corriente de demanda; sin embargo, esta situación no presenta en la mayoría de los equipos
eléctricos, pues, como ya se mencionó, su diseño en cuanto a capacidad de carga se basa en
la elevación de temperatura que pueden alcanzar dentro de los márgenes de seguridad, y
este cambio de temperatura no es instantáneo ni depende simplemente de la carga que se
aplique sino también del tiempo.
9
Como ejemplos de lo anterior se pueden mencionar los cables y transformadores,
que tienen una constante de tiempo térmico considerable y por tanto poseen una capacidad
de almacenamiento térmico también considerable.
Dado que en muchas partes de un sistema eléctrico las cargas varían entre picos
comparativamente agudos y valles profundos, y que la capacidad de estos equipos se basa
en carga constante, los conductores y transformadores tendrán una capacidad de sobrecarga
considerable.
Si la carga de un transformador consiste principalmente en un motor de inducción,
el valor instantáneo de la corriente de arranque será cinco o seis veces la corriente normal
de plena carga y probablemente muchas veces mayor que la corriente que por lo regular
tome el transformador que lo alimente; sin embargo, se sabe que durará un intervalo de
tiempo muy pequeño, usualmente menor de un segundo.
Dado que la capacidad de carga de un transformador se basa en la elevación de
temperatura con carga continua, y esta última está determinada por energía calorífica que se
puede medir en watts-hora o kilowatts-hora, los valores altos de corriente de corta duración
no producirán elevaciones de temperatura considerables y consecuentemente será
antieconómico determinar la capacidad del transformador que se requiere debido a estas
altas corrientes de corta duración.
Como ya se mencionó, los intervalos en los que usualmente se mide la demanda son
de 15, 30 ó 60 minutos. Los intervalos de 15 ó 30 minutos se aplican por lo general para la
facturación o determinación de capacidad de equipo. En la figura 2.1 la curva de carga se
10
eleva rápidamente y cae en forma brusca. Si en vez de mostrar los valores instantáneos la
curva se dibujase con base en sus demandas promedio, por ejemplo intervalos de 15
minutos, la curva indicaría demandas menores e incluiría una demanda máxima menor,
apareciendo asimismo valores menores si se utilizarán intervalos mayores de 30 ó 60
minutos.
Figura 2.1 Curva de carga demostrativa
Figura 2. 1
Los términos kilowatt y kilowatt-hora se confunden. Es conveniente recordar
nuevamente que un kilowatt representa la razón a la cual el trabajo se puede efectuar,
mientras que un kilowatt-hora representa la cantidad de energía o de trabajo que se efectúa
en un intervalo. La demanda promedio en cualquier periodo es igual al número de kilowatthora consumidos, divididos entre el número de horas en el periodo.
11
2.1.3
Demanda máxima
Las cargas eléctricas por lo general se miden en amperes, kilowatts o kilovolt-
amperes. Para que un sistema eléctrico o parte de este se construya eficientemente, se debe
saber la demanda máxima del mismo.
Como ya se ha mencionado, en general las cargas eléctricas rara vez son constantes
durante un tiempo apreciable, o sea que fluctúan de manera continua. La figura 2.1 muestra
una curva de carga de 24 horas de una industria. La carga varía entre un máximo entre las
10:00 y las 17:00 horas y un mínimo en las horas de la madrugada. Aunque los valores
también varían, este tipo de curva se repetirá constantemente. Así, se presentarán
variaciones similares de máximo y mínimo en todas las partes del sistema.
El valor más elevado en la figura 2.1 se denomina pico o demanda máxima del
transformador durante el día o en un intervalo de 24 horas. Si se obtuvieran las curvas de
siete días consecutivos, la carga máxima mostraría la demanda máxima o pico de carga del
transformador durante una semana. De modo semejante, la carga mayor en un mes o un año
será la máxima demanda o pico de carga en un mes o en un año. El valor de la demanda
máxima anual es el valor que con más frecuencia se usa para la planeación de la expansión
del sistema. El término demanda a menudo se usa en el sentido de máxima demanda para el
periodo que se especifique. Por supuesto, es necesaria la determinación exacta de la
máxima demanda de una carga individual, cuando en la facturación del cliente se incluye el
valor que tome de la demanda máxima.
12
El conocimiento de la demanda máxima de un grupo de cargas y su efecto
combinado en el sistema eléctrico, es también de gran importancia, dado que la demanda
máxima del grupo determinará la capacidad que requiera el sistema. De igual modo, la
demanda máxima combinada de un grupo pequeño de consumidores determina la
capacidad del transformador que se requiere; así, las cargas que alimenta un grupo de
transformadores dan por resultado una demanda máxima, la cual determinará el calibre del
conductor y la capacidad del interruptor que formen parte de un alimentador primario. La
máxima demanda combinada de un grupo de alimentadores primarios determinará la
capacidad de la subestación hasta llegar a determinar consecuentemente, la capacidad de
generación necesaria para todo el sistema.
Como se puede observar, en todos los casos la determinación de la demanda
máxima es de vital importancia y si no se pueden obtener medidas precisas de la demanda,
es necesario estimar su valor de la mejor manera posible para poder usar estos datos
correctamente en el proceso de planeación del sistema.
2.1.4
Carga conectada
La carga conectada es la suma de los valores nominales de todas las cargas del
consumidor que tienen la probabilidad de estar en servicio al mismo tiempo para producir
una demanda máxima. La carga conectada se puede referir tanto a una parte como al total
del sistema y se puede expresar en watts, kilowatts, amperes, HP, kilovolt-amperes, etc.,
dependiendo de las necesidades o requerimientos del estudio.
13
La carga conectada representa la demanda de carga máxima posible. Si se tienen
varios aparatos funcionando a la vez la carga total será la suma de los kilo-watts que estos
consuman. Si se quiere tener la carga expresada en kVA, se deberá dividir la carga
conectada en kW entre el factor de potencia.
2.1.5
Factor de carga
Se define como factor de carga la relación entre la demanda promedio en un
intervalo dado y la demanda máxima que se observa en el mismo intervalo y se expresa
matemáticamente de la siguiente forma:
Fc =
Dm
Dm × ∆ δ
energía absorbida en el int ervalo ∆ δ
=
=
Dms Dms × ∆ δ
Dms × ∆ δ
(2.1-1)
El pico de carga puede ser el máximo instantáneo o el máximo promedio en un
intervalo (demanda máxima). En esta definición, el pico de carga por lo regular se entiende
como la mayor de todas las cargas promedio en un intervalo específico. El promedio y las
cargas máximas instantáneas se deben expresar en las mismas unidades, para que el factor
de carga sea adimensional. La definición del factor de carga debe ser específico en el
establecimiento del intervalo de la demanda, así como el periodo en que la demanda
máxima y la carga promedio se apliquen.
Para una carga dada, excepto una en la que el ciclo de carga esté compuesto de
ciclos idénticos, un periodo mayor dará un factor de carga más pequeño, dado que el
consumo de energía se distribuye en un tiempo mayor. El factor de carga anual influido por
14
las estaciones del año será considerablemente menor que el de un factor de carga diario o
semanal. Asimismo, el factor de carga semanal será menor que un factor de carga diario.
Por tanto, es importante observar que cuando se quieran comparar diversos factores
de carga característicos, esto se debe o puede hacer siempre y cuando los intervalos sean
idénticos. Por lo tanto, los límites que puede observar el factor de carga serán:
0 ≤ Fc ≤ 1
Una carga constante durante un periodo tendrá un factor de carga de 1.0 debido a
que la carga promedio y el pico de carga son iguales. Por lo general, el factor de carga es
mucho menor.
El factor de carga indica básicamente el grado en que el pico de carga se sostiene
durante el periodo. Ciclos de carga de varias formas y diferentes picos de carga pueden
tener factores de carga iguales. El único requisito para tener factores de carga iguales es que
la relación de los respectivos promedios a los picos de carga sea igual. El factor de carga es
un índice de la eficiencia del sistema o parte de un sistema, siendo el 100% de factor de
carga o 24 horas por día con pico de carga constante el máximo posible.
2.1.6
Factor de diversidad y factor de coincidencia
Al proyectar un alimentador para determinado consumidor, se debe tomar en cuenta
su demanda máxima, debido a que esta es la que impondrá las condiciones más severas de
carga y caída de tensión; sin embargo, surge inmediatamente una pregunta ¿será la
demanda máxima de un conjunto de consumidores igual a la suma de las demandas
15
máximas individuales? Desde luego la respuesta es no, ya que en todo el sistema existe
diversidad entre los consumidores, lo que hace que por regla general la demanda máxima
de un conjunto de cargas sea menor que la suma de las demandas máximas individuales.
En la ejecución de un proyecto, no interesará el valor de cada demanda individual
sino la del conjunto. Se define entonces que demanda diversificada es la relación entre la
sumatoria de las demandas individuales del conjunto en un tiempo (ta), entre el número de
cargas. En particular la demanda máxima diversificada será la relación de la sumatoria de
las demandas individuales del conjunto cuando se presente la demanda máxima del mismo
(tiempo máx) y el número de cargas; la demanda máxima diversificada es la que se obtiene
para la demanda máxima del conjunto.
Se define la demanda máxima no coincidente de un conjunto de cargas como la
relación entre la suma de las demandas máximas de cada carga y el número de cargas, lo
que matemáticamente se puede expresar así:
n
Ddiv =
∑D
i =1
i ta
(2.1-2)
n
n
Dmnc =
∑D
i =1
mi
n
Donde:
Ddiv – demanda diversificada del conjunto en el instante ta
(2.1-3)
16
Di(ta) – demanda de la carga i en el instante ta ( i = 1, 2, … n ).
Dmnc – demanda máxima no coincidente del conjunto.
Dmi – demanda máxima de la carga i.
La diversidad entre las demandas máximas se mide por el factor de diversidad, que
se puede definir como la relación entre la suma de las demandas máximas individuales,
entre la demanda máxima del grupo de cargas. El factor de diversidad se puede referir a dos
o más cargas separadas o se pueden incluir todas las cargas de cualquier parte de un sistema
eléctrico o de un sistema complejo; esto se puede expresar matemáticamente como sigue:
n
∑D
F =
D
i =1
mi
div
(2.1-4)
ms
En la mayoría de los casos, el factor de diversidad es mayor a la unidad.
Si se conocen las demandas máximas individuales de cualquier grupo de cargas y el
factor de diversidad, la demanda del grupo será igual a la suma de las demandas
individuales divididas entre el factor de diversidad: este se usa para determinar la máxima
demanda resultante de la combinación de un grupo individual de cargas o de la
combinación de dos o más grupos. Estas combinaciones podrían representar un grupo de
consumidores alimentados por un transformador, un grupo de transformadores cuyo
suministro proviene de un alimentador primario o un grupo de alimentadores primarios
dependientes de una subestación.
17
En ocasiones, se prefiere un factor de multiplicación más que de división, por lo que
se definió el factor de coincidencia, que será entonces el recíproco del factor de diversidad,
de tal manera que la demanda máxima se puede calcular multiplicando la suma de un grupo
de demandas por el factor de coincidencia.
Mientras que el factor de diversidad nunca es menor que la unidad, el factor de
coincidencia nunca es mayor que la unidad. El factor de coincidencia puede considerarse
como el porcentaje promedio de la demanda máxima individual de un grupo que es
coincidente en el momento de la demanda máxima del grupo o la contribución de cada
carga individualmente, en porcentaje de su demanda, para la demanda total combinada.
Los factores de diversidad y coincidencia se afectan por el número de cargas
individuales, el factor de carga, las costumbres de vida de la zona, etc. El factor de
diversidad en sector residencial tiende a incrementarse con el número de consumidores en
un grupo con rapidez al principio y más lentamente a medida que el número es mayor
(figura 2.2). Por otra parte, el factor de coincidencia decrece rápidamente en un principio y
con más lentitud a medida que el número de consumidores se incrementa.
Si el factor de carga de una carga individual es bajo, la máxima demanda será de
corta duración y pico pronunciado. Si un grupo de cargas individuales se combina de tal
manera que haya sólo una pequeña diferencia en el tiempo en que se presentan las máximas
demandas individuales, producirán un alto grado de diversidad o falta de coincidencia y el
factor de diversidad será alto.
18
Figura 2.2 Curva que muestra los límites de variación del factor de coincidencia para
grupos diversos de consumidores residenciales2
Si los valles en la curva de carga no son profundos en extremo, la diferencia entre el
promedio y la máxima demanda no será grande; si se eleva la curva de tal manera que la
máxima demanda sea menos pronunciada y el grado de coincidencia entre las máximas
demandas sea mayor, el factor de diversidad será menor o el factor de coincidencia será
mayor. La razón por la cual la diversidad cambia con el factor de carga es bastante rápida
para factores de carga individuales de 30%; más allá de este punto, los cambios de
diversidad son más pequeños.
La diversidad entre las cargas individuales o grupos separados tiende a
incrementarse si las características de la carga difieren, de tal manera que si un grupo de
2
Espinoza, Roberto. “Sistemas de Distribución”. México. 1990, Capítulo 3, página 70
19
cargas individuales tiene normalmente su demanda máxima por la tarde (como las cargas
residenciales) y se combina con un grupo formado por cargas individuales, que
normalmente tienen sus demandas máximas en la mañana (como en pequeñas o medianas
industrias), el factor de diversidad será mayor que si todas las cargas tuvieran su máxima
demanda en la tarde o todos sus máximos en las mañanas.
El factor de coincidencia para cargas comerciales o industriales puede ser hasta el
doble que para las cargas residenciales. El factor de coincidencia promedio mensual
usualmente será mayor que el factor correspondiente para un año. Esto se debe a los
cambios de estación en la carga y a que la diversidad anual se basa en 12 diferentes
demandas máximas durante el año, mientras que la diversidad mensual se apoya
únicamente en la más grande de esta. En la estimación de carga para el diseño de un
sistema, por lo general, se emplea el factor de coincidencia o diversidad anual.
Si gran número de pequeños transformadores se combina, por ejemplo, en un
alimentador de tipo rural, el factor de diversidad entre los transformadores será mayor que
entre un grupo de transformadores grandes de tipo urbano, alimentando cargas residenciales
fuertes o de tipo ligero de iluminación o de potencia comercial e industrial.
2.1.7
Factor de demanda
El factor de demanda en un intervalo δ de un sistema o de una carga es la relación
entre su demanda máxima en el intervalo considerado y la carga total instalada.
Obviamente el factor de demanda es un número adimensional; por tanto, la demanda
máxima y la carga instalada se deberán considerar en las mismas unidades. El factor de
20
demanda generalmente es menor que 1 y será unitario cuando durante un intervalo δ todas
las cargas instaladas absorban sus potencias nominales.
Formalmente se tendrá entonces:
F
d
=
D
P
ms
ins
Donde:
Fd = Factor de demanda del sistema
Dms = Demanda máxima del sistema en un intervalo (δ)
Pins = Carga total en el sistema
(2.1-5)
CAPÍTULO 3: Cargabilidad de transformadores de
distribución
3.1
Expectativa de vida de transformadores de distribución
3.1.1
Aspectos generales
3
La expectativa de vida de los transformadores de distribución a una temperatura
determinada no es conocida con certeza hoy en día. La información que se obtiene de
acuerdo a la pérdida de vida de los aislamientos es muy poca para poder determinar con
exactitud la vida útil de los transformadores, y sin embargo es la única guía con que se
cuenta por ahora. Los efectos que tienen las elevadas temperaturas en el aislamiento es
objeto de continuo estudio. Al decir anteriormente que la información sobre pérdida de vida
de los aislamientos por efecto de temperatura se refiere a que la pérdida de aislamiento
debido a un simple ciclo de sobrecarga no es bien conocida, esto debido a lo complicado
que se hace conocer el comportamiento exacto de la carga. Debido a que los efectos
acumulativos del tiempo y la temperatura que causan deterioro en el aislamiento del
transformador no se conocen con exactitud, no es posible predecir con ningún grado de
exactitud
el tiempo de vida de un transformador incluso bajo constante o rigurosas
condiciones controladas, mucho menos bajo condiciones variables. La deterioración de
aislamientos esta generalmente caracterizada por una reducción en las fuerzas mecánicas y
3
De acuerdo con lo que dice la Norma IEEE Std C57.91-1995
21
22
fuerzas dieléctricas, sin embargo estas características pueden no estar relacionadas
directamente. En algunos casos, aislamiento carbonizado tendrá suficientes cualidades
aisladoras para soportar operación normal eléctrica y estrés mecánico. Un transformador
con el aislamiento en estas condiciones puede continuar en servicio por muchos meses,
incluso años, esto sin sufrir ninguna situación anormal. Del otro lado, cualquier
movimiento inusual en los conductores, por ejemplo el que se puede dar por la expansión
de los conductores debido al calentamiento resultado de una gran sobrecarga o a largas
fuerzas electromagnéticas resultado de corto circuitos, pueden molestar el aislamiento
mecánicamente débil resultando en una falla del transformador.
3.1.2
Expectativa normal de vida
La IEEE ha realizado estudios para hacer un aproximado de la vida útil de los
transformadores de distribución. El principal factor para determinar la vida aproximada es
la temperatura del punto más caliente del conductor, esta debido a la carga. Medidas
directas de temperatura del punto más caliente
pueden no ser prácticas en diseños
comerciales. La temperatura del punto más caliente (“hottest-spot temperature”) ha sido
obtenida de exámenes realizados en laboratorios y modelos matemáticos. La expectativa de
vida normal resultará de operación continua con el punto más caliente de 110 grados
centígrados. Para transformadores sumergidos en aceite mineral operando continuamente
bajo las condiciones anteriores esta temperatura ha sido limitada a un máximo de 110
23
grados centígrados. Las pruebas realizadas en modelos de transformadores de distribución
y de poder indican que la expectativa de vida con un temperatura de punto caliente continua
de 110 grados centígrados es de 20,55 años.
3.2
Limitaciones
3.2.1
Aspectos generales
Cuando se carga un transformador de distribución con una potencia mayor que su
nominal, se encontraran otras limitaciones. Entre estas limitaciones están la expansión del
aceite, presión en unidades selladas y la capacidad térmica de los bushings; conductores,
llaves cambiadoras, o equipo asociado como cable, reactores, limitadores de corriente,
fusibles, interruptores de desconexión, y transformadores de corriente. Cualquiera de estos
elementos puede limitar la carga a valores menores que la capacidad de la curva del
aislamiento. Por todo esto, debería antes de sobrecargarse el transformador, es decir colocar
más carga de la que indica la placa del mismo, averiguar con alto grado de exactitud la
potencia necesaria para la aplicación a desarrollar. Operar con temperaturas de punto
caliente mayores de 140 grados centígrados ocasionará sin duda graves fallas en las fuerzas
de los dieléctricos comprometiendo esto la integridad del transformador.
Los transformadores de distribución son algunas veces instalados en pequeñas
bóvedas o superficies subterráneas con solamente ventilación natural que se da entre
pequeñas rejas, teniendo en cuenta el tipo de instalación podemos aumentar la temperatura
ambiente en donde tengamos el transformador, ya que no será igual a estar al aire libre.
24
Estos aumentos de temperatura ambiente se deben tener en cuenta a la hora de darle una
determinada carga al transformador, esta obviamente se reducirá al aumentar la temperatura
ambiente a la cual lo expongamos.
3.2.2
Limitaciones para usar un transformador sobrecargado
Los límites sugeridos de temperatura y carga para sobrecargas están dados en la
siguiente tabla.
Tabla 3.1 Límites sugeridos de temperatura y carga para transformadores de
distribución sobrecargados con 65 grados centígrados de incremento.
Temperatura máxima del aceite
120 grados centígrados
Temperatura de punto caliente del conductor
200 grados centígrados
Tiempo de sobrecarga (1/2 h o menos)
300 %
3.3
Tipos de carga
3.3.1
Carga para una normal expectativa de vida bajo las condiciones especificadas
Los transformadores de distribución pueden ser operados sobre la temperatura de
110 grados Celsius de punto caliente por periodos cortos, esto debido a que son operados
mucho más tiempo en temperaturas inferiores de los 110 grados Celsius. Esto se debe al
hecho que los efectos térmicos son un proceso acumulativo. Esto permite cargas sobre lo
25
recomendado que no resultan inseguras para la integridad del aislamiento del
transformador, permitiendo esto un uso más efectivo del transformador a obtener.
3.3.2
Carga de acuerdo a temperatura máxima del aceite
No se debería usar la temperatura máxima que resiste el aceite como criterio para
calcular la carga de un transformador. La curva de punto caliente debe ser la guía para dar
la temperatura máxima a la cual puede operar el aceite, esto sin afectar la vida promedio del
transformador. Debe estar claro que, debido al atraso térmico en la temperatura del aceite,
se requiere de tiempo para que, ante cualquier cambio en la carga del transformador, este
valor de temperatura se estabilice. Debido a esto es que, los mayores picos en la carga solo
no deben darse por periodos largos de tiempo. Si las características del transformador no
son conocidas con exactitud, la temperatura máxima que puede alcanzar el aceite debe ser
las que se muestra en la siguiente curva, usando esto como una guía.
Figura 3.1 Carga continua aproximada para una expectativa de vida normal basado
en la temperatura máxima del aceite.
26
3.3.3 Carga continua basada en incrementos de temperatura dependiendo del viento
promedio
Por cada grado Celsius, apartir de 5 grados, cuando la temperatura promedio del
viento este por debajo de 65 oC, la carga del transformador puede incrementarse un 1% de
la cantidad de kVA nominales. Los 5 grados se usan como una medida de seguridad, es
decir, como un respaldo para no someter al transformador a temperaturas indebidas, esto
porque el mismo se someterá a incrementos de temperatura temporales debido a las
condiciones de la carga. A pesar de aprovechar el intercambio de calor con corrientes de
menor temperatura del viento, y poder tener una mayor carga al transformador, no se debe
olvidar factores como la temperatura máxima del aceite, así como la temperatura máxima
del punto más caliente.
Esta aplicación no es para todos los transformadores de distribución. Algunos
transformadores están diseñados para tener una diferencia entre el punto más caliente y la
temperatura promedio del viento mayor de 15 grados Celsius. Esto provocaría que la
temperatura promedio del viento ronde los 65 grados Celsius, mientras el transformador
tendrá el punto más caliente alrededor de 80 grados Celsius, siendo este el valor límite. Esta
situación se dará en transformadores con grandes diferencias en la temperatura del aceite
entre la parte superior y la parte inferior.
27
Figura 3.2 Expectativa de pérdida de vida (basado en una vida normal de 180 000 h)
a
Calculado con la suposición que la temperatura del punto más caliente permanece
constante para el tiempo de duración especificado.
b
Valor máximo permitido de 200 oC. Los valores subrayados permiten interpolación.
28
3.3.4 Carga en intervalos pequeños de tiempo con un sacrificio moderado de la vida
útil (operaciones donde el punto más caliente alcanza los 110 oC)
Cuando por algún periodo de tiempo determinado, se da una sobrecarga, ya sea por
uno o varios ciclos, se da un deterioro de los aislamientos más rápido de lo normal. La tasa
de deterioramiento es una función del tiempo y temperatura, y es normalmente expresada
como un porcentaje de pérdida de vida por incidente. En la figura 3.2 podemos ver varias
combinaciones de porcentajes de pérdida de vida por temperatura y tiempo.
Debe estar claro que la tasa de envejecimiento del aislamiento se usa como ayuda
para estimar la pérdida de vida debido a cargas sobre la nominal bajo ciertas condiciones,
pero esta información no es suficiente para determinar la vida útil de los aislamientos de un
transformador con exactitud. Los picos de carga, así como las condiciones desconocidas de
carga, con las cuales se deben tomar rangos de precaución, deberían ser criterios para hacer
un horario de carga. Algunas de las variables son muy diferentes dependiendo de la
localización, entre ellas temperatura, elevación, circulación de aire restringida debido a
edificios, naturaleza, entre otras.; historiales de carga en emergencia que pueden no ser
conocidos por el operador; y variaciones en las características de diseño. Como una guía,
muchos usuarios consideran una pérdida de vida promedio de 4% por día en casos de
emergencia.
29
CAPÍTULO 4: Ciclos de carga
4.1.1
Aspectos generales
4
Los transformadores usualmente operan con un ciclo de carga el cual se repite cada
24 horas. Un ciclo normal de carga consiste en fluctuaciones durante el día. Para carga
normal o una sobrecarga planeada sobre el valor nominal, existen una serie de pasos para
calcular el ciclo de carga. El perfil de carga de 24 horas esta descrito por una serie de
cargas constantes de corta duración (usualmente 30 o 60 minutos). La carga equivalente
durante estos periodos cortos de tiempo puede ser determinada por un método que
convierte los valores reales a valores RMS de carga o usando el máximo pico de carga
durante el corto periodo bajo consideración. Este método es usualmente usado en
programas de computadoras.
60,00
Demanda (KW)
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0
4
8
12
16
20
24
Horas (H)
Figura 4.1 Ciclo de carga de transformador ubicado en Plaza Obelisco. KW en
relación al tiempo, dividido en segmentos de 15 minutos.
4
De acuerdo con lo que dice la Norma IEEE Std C57.91-1995
30
4.1.2
Método para convertir ciclos de carga de real a equivalente.
Un transformador que alimenta una carga fluctuante, genera pérdidas fluctuantes,
pues estas son proporcionales a la corriente, el efecto de este tipo de carga es el mismo que
un transformador que alimenta una carga constante por un mismo periodo de tiempo. Esto
es debido a las características de almacenamiento de calor que presentan los materiales del
transformador. Una carga constante que genera pérdidas totales iguales a una carga
fluctuante es considerada una carga equivalente desde el punto de vista de temperatura de
operación, como se sabe la temperatura es el principal limitante de la capacidad de los
transformadores, y por tanto, el tema principal a tener en cuenta a la hora de cargar o
sobrecargar un transformador, siempre teniendo en cuenta los límites que este podrá
soportar. La carga equivalente para cualquier parte de un ciclo de carga diario puede ser
expresada por la ecuación 4.1-1.
 L12 t1 + L 22 t 2 + L 32 t 3 + ........+ L 2N t N 


+
+
+
......
t
+
t1 t 2 t 3


N
0.5
(4.1-1)
Donde
L1, L2,…
Son varios niveles de carga en %, sistema por unidad, o en los verdaderos
kVA o corriente
N
Es el número total de cargas consideradas
t1, t2,…
Es la duración respectiva de estas cargas
31
Figura 4.2 Ejemplo de ciclo de carga real y su equivalente
Este fue el método usado en la investigación para convertir perfiles de carga
fluctuantes o variables en sus equivalentes ciclos de carga.
4.1.3
Pico de carga equivalente.
El equivalente del pico de carga para el ciclo de carga usual es el valor RMS
obtenido en la ecuación 4.1-1 por el espacio de tiempo sobre el cual la mayor parte del pico
irregular de carga parece existir. La duración estimada del pico tiene una gran influencia
sobre el valor RMS del pico de carga. Si la duración está mal estimada, el valor RMS del
pico de carga puede estar considerablemente por debajo del máximo pico de demanda. Para
32
proteger contra sobrecalentamiento debido a altos y prolongados picos de sobrecarga, el
valor RMS para el pico de carga no debería ser menos del 90% de lo contenido en media
hora de máxima demanda.
4.1.4
Perfiles de carga de centros comerciales en estudio.
Para la elaboración del proyecto fue necesario obtener los perfiles de carga de los
locales, de los respectivos centros comerciales. Esta información se obtuvo descargándola
de la memoria con que cuentan los medidores, estos hacen registros de los kW y kVAr que
se están consumiendo cada 15 minutos. Existían medidores que no contaban con memoria,
por lo tanto no se pudo obtener su perfil de carga, estos medidores no se usaron para la
obtención de los factores de carga, de confidencia ni para analizar la cargabilidad de los
transformadores, para estos locales comerciales la única información disponible consistía
en los kWh promedio, lo cual se encontró en los registros propios de la CNFL.
El procedimiento para obtener la precarga o sobrecarga equivalentes fue el siguiente:
•
Se obtuvo un valor promedio de las mediciones realizadas por el medidor. Este
valor promedio se obtuvo para cada intervalo de 15 minutos y se realizó de las
mediciones a lo largo de un mes. Se uso la fórmula (4.1-2).
N
∑VA cada 15 min
i =1
N
En este caso N llego hasta 30 por sacarse el promedio durante un mes.
(4.1-2)
33
•
Al tener los valores promedios a cada instante del día, se obtuvo el valor máximo,
mínimo y RMS. Para el valor RMS se uso la fórmula (4.1-3).
 N∑ (Valores Pr omdedio)2 

 i =1


N




•
0.5
(4.1-3)
Se obtienen los valores máximos que se dan en cada intervalo de tiempo durante los
30 días. De estos valores máximos obtenemos el máximo de todos, el mínimo y el
valor RMS de la misma forma que se obtuvo para los valores promedio.
•
El mismo procedimiento se puede realizar para los valores mínimos.
•
Luego queda clasificar la carga como precarga o sobrecarga, esta carga se refiere al
promedio que se obtuvo durante todos los intervalos de tiempo. Como precarga se
clasificó aquella en que el valor promedio (que se daba cada 15 minutos) era menor
de un 90% del máximo de los valores promedio. Se clasificó como sobrecarga si el
valor promedio era al menos un 90% del valor máximo de todos los valores
promedio.
•
Al tener clasificada en la carga los valores de precarga y sobrecarga, se obtuvo el
equivalente de la carga variable. Esta como se analizó en un apartado anterior tiene
igual de validez para analizar los efectos de temperatura en el transformador.
34
60,00
Demanda (KW)
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0
4
8
12
16
20
24
Horas (H)
Figura 4.3 Perfil de carga variable.
Carga y Precarga
60,00
Carga
20,00
Trafo
KVA
40,00
0,00
1
4
7
10 13 16 19 22
Horas
Figura 4.4 Perfil de carga equivalente.
35
En la figura 4.3 se presenta el perfil de carga obtenido a partir de los valores
promedios, obtenidos a partir de mediciones realizadas durante 30 días. En la figura 4.4
se ve el equivalente de la carga, pero ahora con los valores de precarga y sobrecarga
solamente, haciendo más fácil su estudio.
Para poder ver un ejemplo simplificado del procesamiento de datos, referirse a el
apéndice.
CAPÍTULO 5: Factores y cargabilidad obtenidos.
A partir de los perfiles de carga, con las fórmulas (2.1-1) y (2.1-4) se obtuvieron los
factores de carga y de coincidencia respectivamente. Como se menciono, estos cálculos
matemáticos se pueden realizar para la carga de cualquier parte del sistema eléctrico, ya sea
la carga de sólo un local, un grupo determinado de estos, la acometida principal. En este
caso los cálculos se realizaron para la carga que se presentaba en cada transformador. A
continuación un resumen de los datos obtenidos.
5.1
Multiplaza del Este
5.1.1
Centro Comercial Multiplaza del Este, Sala de Máquinas 1.
El estudio realizado en este centro comercial se dividió en tres sectores,
correspondiendo cada uno a una respectiva sala de máquinas, en donde se podía encontrar
un panel de medidores con su respectivo transformador asociado.
Para determinar el factor de carga que se daba en el transformador 1, se procedió a calcular
la cargabilidad total del transformador, esto haciendo la suma de cargas de todos los centros
comerciales alimentados eléctricamente mediante este transformador. Esta suma de cargas
se realizó, del día 27 de febrero del 2009 a las 00:15 al día 7 de mayo del 2009 a las 09:00.
Resulta imposible adjuntar las tablas usadas en la obtención de la cargabilidad total del
transformador en este periodo del tiempo, ya que las mediciones se realizan en intervalos
de 15 minutos. Para el caso de la sala de máquinas 1 seria un total de 35 locales
comerciales, donde la suma de todas las cargas en todos los intervalos de tiempo, durante
36
37
70 días aproximadamente, da como resultado una tabla con 6650 valores tanto de carga real
como carga reactiva. Ya con la carga ubicada en el tiempo se procedió con la formula (2.11) dada en el capítulo 2.
Fc =
Dm
Dm × ∆ δ
energía absorbida en el int ervalo ∆ δ
=
=
Dms Dms × ∆ δ
Dms × ∆ δ
Los resultados obtenidos fueron los siguientes
Tabla 5.1 Valores de factor de carga en sala de máquinas 1 de Multiplaza del Este
Semana
1
2
3
4
5
6
7
8
KW promedio
1 093 896
1 088 133
1 103 319
1 132 007
1 259 112
1 221 489
1 205 256
1 185 870
KW máximo
2 439 374
2 390 329
2 453 569
2 541 177
2 789 329
2 725 294
2 757 145
2 722 333
Factor de Carga
0,4484
0,4552
0,4497
0,4455
0,4514
0,4482
0,4371
0,4356
Del mismo modo, ya con las cargas de cada centro comercial y la cargabilidad
completa del transformador se uso la fórmula (2.1-2):
n
∑D
F =
D
i =1
mi
div
ms
38
Para obtener el siguiente valor:
Factor Diversidad
1,295545108
Por último se busco la información de cada centro comercial, para así poder
relacionar la naturaleza o funcionalidad del local comercial, su área y su demanda máxima.
Tabla 5.2 Cargas y sus características del transformador 1
Sobrecarga
(KW)
Precarga
(KW)
Demanda
máxima
Área del
local m2
181,94
47,77
190,836
Serv. Propios
172,62
56,72
192,780
Serv. Propios
25,34
12,14
36,888
7,00
40,13
21,09
94,800
86,35
Voila
Servicios
50,73
25,74
92,808
85,98
Óptica Visión
Servicios
66,34
36,16
99,936
64,86
Pórtico
85,38
55,81
112,848
94,10
15,71
4,56
23,112
88,10
Brunos
Armería el
Trabucco
Decoración, Arte y Muebles
Comida Rápida, Cafetería, Restaurantes
y Dulcerías
54,98
25,60
81,432
88,15
Mask Too
Ropa de Niños
87,95
40,21
119,808
94,08
Dockets
Ropa de Hombre y Mujer
105,83
29,02
118,512
96,08
Sapri Store
Ropa y Accesorios Deportivos
128,49
73,86
181,824
96,11
Day a Day
Cuidado Personal
140,51
31,91
102,576
114,88
Penny Lane
Zapatería
49,04
11,54
77,856
122,60
Levis
Ropa de Hombre y Mujer
187,19
42,74
223,656
122,30
Amphora
Servicios
45,14
20,11
86,040
94,60
Explorer
Ropa de Hombre y Mujer
145,33
41,08
158,880
63,93
Hallmark
Artículos para fiesta y tarjetas
29,92
7,11
34,872
93,61
MOI
Servicios
108,28
52,79
130,536
122,43
Chevignon
Ropa de Hombre y Mujer
63,93
18,91
117,288
128,17
Extremos
Ropa y Accesorios Deportivos
60,66
20,50
73,800
64,37
Bijoux Lisa
Accesorios y Artículos de Cuero
149,51
56,43
186,768
144,00
Armi Pronto
Ropa de Hombre y Mujer
Nombre del Local
GNC
Naturaleza del local
Cuidado Personal
Accesorios y Artículos de Cuero
39
Tabla 5.2 Cargas y sus características del transformador 1 (continuación)
Sobrecarga
(KW)
Precarga
(KW)
Demanda
máxima
Área del
local m2
Nombre del Local
Naturaleza del local
73,39
34,38
88,848
95,58
PLX
Ropa y Accesorios Deportivos
47,90
17,81
72,000
82,78
Ruffini
Ropa de hombre
85,03
21,93
114,024
144,61
Pórtico
Decoración, Arte y Muebles
211,99
54,69
203,136
142,00
Pórtico
Decoración, Arte y Muebles
113,31
65,19
138,864
174,28
Fishel
Servicios
120,21
46,19
189,576
118,71
Ropa de mujer
43,91
20,70
49,752
43,91
Garper
Retoucherie de
Manuela
105,68
41,06
124,848
126,00
Ropa de Hombre
20,10
7,96
31,728
31,37
Oscar de la Renta
Qmanualidades
8,32
3,68
31,728
48,79
Pet Planet
Servicios
43,54
18,21
57,408
59,48
B Mart
Electrodomésticos
Servicios
Servicios
En la figura 5.1 se puede observar el perfil de carga equivalente del transformador,
este se obtuvo de la suma de cargas de todos los locales comerciales conectados a este
transformador, esta suma se realizó cada 15 minutos del día 27 de febrero del 2009 a las
00:15 al día 7 de mayo del 2009 a las 09:00. Tras esta suma de cargas se obtiene el perfil de
carga variable, y luego de trabajar con la información se puede observar el perfil de carga
equivalente, en el cual se obtuvo un valor de precarga de 959,35 kVA durante 15,75 horas y
un valor de sobrecarga de 2491,64 kVA con una duración de 8,25 horas.
40
Carga y Precarga
KVA
3000,00
2500,00
2000,00
1500,00
1000,00
500,00
0,00
1
4
7
10
13
16
19
22
Horas
Figura 5.1 Cargabilidad total del transformador ubicado en sala de máquinas 1.
5.1.2
Centro Comercial Multiplaza del Este, Sala de Máquinas 2.
De la misma manera que se realizaron los estudios de cargabilidad en la sala de
máquinas 1, se hicieron para la 2. A continuación tenemos todos los resultados obtenidos.
En este caso las mediciones se hicieron con un total de 42 perfiles de carga individuales,
del día 11 de marzo del 2009 a las 00:15 al 19 de mayo del 2009 a las 09:30. Del mismo
modo se presenta la tabla 5.4 con el resumen de todas las características de estas cargas.
41
Tabla 5.3 Valores de factor de carga en sala de máquinas 2 de Multiplaza del Este
Semana
1
2
3
4
5
6
7
8
KW promedio
302 705
292 488
321 785
280 142
214 140
279 194
287 937
289 150
KW máximo
687 437
681 847
747 799
650 730
642 257
655 159
676 770
667 074
Factor de Carga
0,4403
0,4290
0,4303
0,4305
0,3334*
0,4261
0,4255
0,4335
Factor Diversidad
1,33262892
* Semana Santa, por lo tanto el valor cambia respecto a la tendencia.
42
Tabla 5.4 Cargas y sus características del transformador 2
Sobrecarga
(KW)
Precarga
(KW)
Demanda
máxima
377,58
137,38
493,884
Área del local
2
m
Nombre del Local
Naturaleza del local
Serv. Propios
206,24
67,24
180,648
91,76
39,67
114,360
152,00
Saúl E Méndez
Serv. Propios
Ropa de hombre
95,51
38,66
136,536
103,00
Totto
Accesorios y Artículos de Cuero
23,76
8,48
37,512
13,00
Casio
Relojerías
30,11
15,04
56,712
32,00
Pórtico
Decoración, Arte y Muebles
87,98
27,21
96,384
39,50
Tous
Joyerías y Relojerías
28,11
9,07
30,168
28,00
Solares
Servicios
126,78
58,25
189,312
7,00
Cinnabon
Dulces
52,83
32,27
99,984
59,48
B-Mart
Electrodomésticos
12,19
4,01
14,280
5,00
L,A Cano
Joyerías y Relojerías
58,09
26,65
147,552
126,00
Saúl E Méndez
Ropa de hombre
70,61
25,75
80,568
63,85
Nauty Blue
Ropa de Niños
56,57
18,85
84,624
63,83
Velez
Accesorios y Artículos de Cuero
49,07
35,71
49,728
15,50
Haggen Dasz
Confitería
67,92
11,27
66,432
98,74
Puma
Ropa y Accesorios Deportivos
66,82
30,59
79,656
85,52
Mango Surf
Ropa y Accesorios Deportivos
64,74
15,14
80,424
64,09
Joyería Muller
Joyerías y Relojerías
0,00
0,00
0,77
5,00
Perla Mia
Electrodomésticos
70,01
20,72
155,112
115,92
SARA
Tienda de Departamentos
90,04
27,74
106,584
63,32
Armeni
Joyerías y Relojerías
34,44
15,88
55,608
63,46
Hagaes
Ropa de Mujer
67,66
27,35
103,320
63,17
Joyería Cavallini
Joyerías y Relojerías
12,73
4,48
19,944
62,40
Boutique el Gym
Ropa y Accesorios Deportivos
97,70
22,30
105,624
168,76
Nike Shop
Ropa y Accesorios Deportivos
89,38
44,41
137,304
110,24
Apple ICON
Electrodomésticos
68,84
45,86
93,576
45,10
Cafeteando
Cafetería
66,52
18,65
179,952
220,00
Stampa
Ropa de Hombre y Mujer
84,34
40,35
133,920
121,97
Sensual
Ropa de mujer
69,35
20,96
82,920
62,00
Fusión
Zapatería
29,57
13,72
56,016
62,91
Feel Good
Zapatería
65,65
32,32
83,904
86,32
Equiz Confort
Zapatería
61,61
54,53
26,65
28,92
85,248
83,208
86,21
86,17
Esprit
Esprit
Ropa de mujer
Ropa de mujer
51,60
21,73
77,064
85,76
Christian Dior
Ropa de Hombre
85,40
23,45
102,264
55,50
Femme
Accesorios y Artículos de Cuero
43
En la figura 5.2 vemos el gráfico que nos muestra el perfil de carga total del transformador
2, con los valores de carga equivalente.
KVA
Carga y Precarga
3000,00
2500,00
2000,00
1500,00
1000,00
500,00
0,00
1
4
7
10
Horas
13
16
19
22
Figura 5.2 Cargabilidad total del transformador ubicado en sala de máquinas 2.
En la figura 5.2 podemos observar la cargabilidad del transformador, en el cual se
obtuvo un valor de precarga de 1324,85 kVA durante 21,25 horas y un valor de sobrecarga
de 2427 kVA con una duración de 2,75 horas, el transformador cuenta con una potencia
nominal de 1000 kVA, el transformador cuenta con una potencia nominal de 1500 kVA.
44
5.1.3
Centro Comercial Multiplaza del Este, Sala de Máquinas 3.
Para la sala de máquinas 3 se usaron 48 perfiles de carga, correspondientes a los
medidores ubicados en la misma sala. Para esta sala se hizo un estudio especial, debido a la
gran variedad de las cargas, pudiendo esto afectar la tendencia mostrada en las dos primeras
salas de máquinas. El estudio en primera instancia se realizo de la misma manera que para
las anteriores salas, obteniendo los siguientes resultados.
Tabla 5.5 Valores de factor de carga en sala de máquinas 3 de Multiplaza del Este
Semana
1
2
3
4
5
6
7
8
KW promedio
1 934 934
1 938 480
2 033 922
1 951 842
1 879 839
1 974 519
1 969 078
2 057 978
KW máximo
3 539 906
3 659 570
3 764 486
3 800 245
3 713 509
3 705 518
3 675 781
3 828 025
Factor Diversidad
2,048118493
Factor de Carga
0,5466
0,5297
0,5403
0,5136
0,5062
0,5329
0,5357
0,5376
45
Tabla 5.6 Cargas y sus características del transformador 3
Sobrecarga
(KW)
Precarga
(KW)
Demanda
máxima (KW)
Área del
2
local m
Nombre del local
76,13
49,66
121,572
108,17
TCBY
170,89
95,03
237,240
43,58
Taco Bell
120,20
68,49
118,512
43,15
El fogoncito
122,28
62,63
141,012
47,31
China Wok
83,06
31,05
39,600
Serv. Propios
144,24
61,01
236,160
Serv. Propios
382,33
199,62
426,348
Serv. Propios
121,73
63,99
214,848
43,15
Burger King
72,51
46,45
106,992
27,94
Cafettos
346,63
211,25
609,552
56,96
MCDONALS
192,11
90,97
256,824
61,23
33,54
65,808
158,91
97,55
304,920
34,72
16,12
34,452
0,71
0,00
10,368
125,42
23,50
37,84
48,37
Naturaleza del local
Comida Rápida, Cafetería, Restaurantes y
Dulcerías
Comida Rápida, Cafetería, Restaurantes y
Dulcerías
Comida Rápida, Cafetería, Restaurantes y
Dulcerías
Comida Rápida, Cafetería, Restaurantes y
Dulcerías
Comida Rápida, Cafetería, Restaurantes y
Dulcerías
Comida Rápida, Cafetería, Restaurantes y
Dulcerías
Comida Rápida, Cafetería, Restaurantes y
Dulcerías
Serv. Propios
Rústico
Comida Rápida, Cafetería, Restaurantes y
Dulcerías
43,15
Teriyaki
Comida Rápida
43,36
Steak Barbecue
Comida Rápida
5,00
Secrets
Artículos para fiesta y tarjetas
133,224
124,35
ADIDAS
Ropa y Accesorios Deportivos
18,17
54,144
36,51
Natural Collection
20,42
76,440
42,74
Havanna
Ropa de mujer
Comida Rápida, Cafetería, Restaurantes y
Dulcerías
29,42
7,07
49,752
44,27
Platería Argento
Joyerías y relojerías
66,03
32,08
74,592
54,75
Congo
Accesorios y Artículos de cuero
67,95
33,51
91,248
94,61
World Time
Joyerías y relojerías
77,42
42,96
96,744
72,88
BAC San José
Servicios
89,64
47,49
110,376
75,55
BANCO HSBC
Servicios
46,33
18,19
89,976
121,81
Carrión
Tienda de departamentos
63,25
9,56
70,992
122,24
Roca Bruja
Ropa y Accesorios Deportivos
47,20
21,64
78,864
108,17
Roca Bruja
Ropa y Accesorios Deportivos
111,84
26,03
128,400
114,91
Aldo Nero
Zapatería
43,15
46
Tabla 5.6 Cargas y sus características del transformador 3 (continuación)
Sobrecarga
(KW)
Precarga
(KW)
Demanda
máxima (KW)
Área del
2
local m
Nombre del local
Naturaleza del local
94,38
43,27
107,112
105,20
Shuz
Zapatería
67,05
24,94
83,952
95,00
Tukis
Música y Entretenimiento
72,93
30,25
106,584
102,87
Quique
Tienda de departamentos
48,94
23,04
63,576
93,00
Tukis
63,80
36,16
100,392
30,40
La Crepe
Música y Entretenimiento
Comida Rápida, Cafetería, Restaurantes y
Dulcerías
9,57
3,07
12,432
30,00
Star Games
Juegos electrónicos
64,16
35,92
83,448
70,00
Aval Card
Servicios
74,62
28,54
95,424
97,40
Ofertel
60,28
46,34
72,624
39,31
Pops
Servicios
Comida Rápida, Cafetería, Restaurantes y
Dulcerías
26,11
11,51
61,848
72,00
AyA
Servicios
81,55
18,17
92,880
82,28
Vértigo
Música y Entretenimiento
40,57
21,49
66,624
110,00
LAIN
Cuidado personal
1,28
0,27
38,088
5,00
B Kul
Ropa de hombre y mujer
45,77
25,32
95,064
138,00
LAIN
Cuidado personal
74,25
35,76
100,680
73,20
BCR
3,39
1,17
4,932
30,00
Brunos
Servicios
Comida Rápida, Cafetería, Restaurantes y
Dulcerías
44,85
17,32
51,072
Serv. Propios
105,75
48,64
152,016
Cinemark
Música y Entretenimiento
29,87
12,69
35,184
641,05
34,00
16,10
43,068
56,3
Importadora Monge
Kentucky Fried
Chicken
Electrodomésticos
Comida Rápida, Cafetería, Restaurantes y
Dulcerías
47
KVA
Carga y Precarga
4000,00
3500,00
3000,00
2500,00
2000,00
1500,00
1000,00
500,00
0,00
1
4
7
10
13
16
19
22
Horas
Figura 5.3 Cargabilidad total del transformador ubicado en sala de máquinas 3.
En la figura 5.3 podemos observar la cargabilidad del transformador, en el cual se
obtuvo un valor de precarga de 1449,96 kVA durante 14,5 horas y un valor de sobrecarga
de 3426,13 kVA con una duración de 9,5 horas, el transformador cuenta con una potencia
nominal de 1500 kVA.
Debido a esta variación que se da tanto en el factor de carga como en el factor de de
diversidad, respecto a la tendencia que se venía dándose, se recalcularon estos factores
agrupando los locales comerciales de acuerdo a su naturaleza, en este caso los de alimentos
por un lado, y el resto en otro grupo. Cabe destacar que en este transformador hay grandes
cargas que son propias del edificio, sin embargo no fue posible determinar a que equipo en
particular pertenecían. Estas cargas no se incluyeron en los nuevos cálculos de los factores.
48
Sectores de comidas: en este sector se incluyeron comidas rápidas, confiterías y
restaurantes.
Tabla 5.7 Valores de factor de carga para sector de comidas.
Semana
KW promedio
KW máximo
Factor de Carga
1
2
3
4
5
6
7
8
862 450
839 942
865 076
858 290
812 060
832 460
815 152
858 674
1 570 116
1 524 264
1 556 532
1 538 220
1 516 020
1 501 968
1 464 972
1 573 140
0,5493
0,5510
0,5558
0,5580
0,5357
0,5542
0,5564
0,5458
Factor Diversidad
2,43748
Sector comercial: En este sector se incluyen comerciales de todo tipo, a excepción de
comidas rápidas, confiterías y restaurantes.
Tabla 5.8 Valores de factor de carga para locales comerciales en general.
Semana
1
2
3
4
5
6
7
8
KW promedio
690 440
708 615
785 517
706 431
663 746
718 099
726 227
759 894
KW máximo
1 513 226
1 645 009
1 697 113
1 740 193
1 667 137
1 657 514
1 612 129
1 682 761
Factor de Carga
0,4563
0,4308
0,4629
0,4059
0,3981
0,4332
0,4505
0,4516
49
5.2
Plaza Rohrmoser
Al igual que en el Centro Comercial Multiplaza del Este, se obtuvieron los perfiles
de carga de varios locales comerciales ubicado en Plaza Rohrmoser, debido a las
similitudes que ambos presentan comercialmente. En este centro comercial sólo fue posible
hacer el estudio para un transformador y sus locales asociados, esto se dio debido a que
gran cantidad de medidores no contaban con la posibilidad de extraerles el perfil de carga
completo, por lo tanto no se tomaron en cuenta a la hora de los cálculos.
En este caso se tomaron en cuenta 43 locales comerciales, todos estos de distinta
naturaleza. Las fórmulas usadas para los cálculos son las mismas usadas para Multiplaza
del Este.
Tabla 5.9 Valores de factor de carga en centro Comercial Plaza Rohrmoser
Semana
1
2
3
4
5
6
7
KW promedio
466 632
433 609
424 794
404 578
423 641
477 986
453 559
KW máximo
1 068 630
1 066 820
1 016 922
982 809
1 029 479
1 230 968
1 087 522
Factor Diversidad
1,513492226
Factor de Carga
0,4367
0,4065
0,4177
0,4117
0,4115
0,3883
0,4171
50
A continuación en la tabla 5.10 se presenta un resumen con todas las características
importantes respecto a la demanda eléctrica de cada uno de los locales comerciales. En este
resumen se incluyen los valores de precarga y sobrecarga, obtenidos al convertir cada uno
de los perfiles de carga variables en su perfil equivalente, su valor de demanda máxima, el
área del local y la naturaleza del mismo.
Tabla 5.10 Cargas y sus características del transformador 1, Plaza Rohrmoser
Sobrecarga Precarga
(KW)
(KW)
Demanda
Máxima
KW
Nombre del loca
Área del local
2
(m )
Naturaleza del local
75,02
33,21
313,24
Actividades de Belleza S.A.
78,00
Cuidado personal
15,75
7,48
19,46
60,00
Ropa
3,23
1,21
68,328
Jessica Beatiful Living
Grupo Promotor del Oeste
Argentum S.A.
78,00
Servicios
30,51
16,20
55,61
Delizias By Vane
78,00
Comida
44,28
16,61
72,98
Gimnasio Curves
78,00
Cuidado personal
57,21
10,85
63,55
Practico
120,00
Regalos
27,85
12,97
50,42
LA Weight
74,00
13,35
4,37
16,08
Leiton Store
78,00
Cuidado personal
Tienda de
Departamentos
3,73
0,74
13,03
Zapatería Country Blue
67,00
Zapatería
47,40
22,10
69,38
Calle Uno
95,00
Ropa
0,53
0,00
15,48
Ciclismo Total
26,30
Artículos Deportivos
14,91
6,00
23,23
Leiton Store
78,00
T. Departamentos
7,35
2,14
16,01
J.M.L Perfiles Josefinos limitada
69,00
Ropa
71,61
32,96
89,33
Pasarela Intima
74,00
Ropa
59,01
35,96
121,51
La Nación
65,18
Servicios
1,35
0,27
13,27
Hife Ingeniería
25,77
Servicios
9,83
1,33
12,17
Jessica Beatiful Living
61,90
Cuidado personal
10,38
2,98
15,79
Andino
40,00
Ropa
48,44
24,44
66,62
Studio Z
74,00
Ropa
47,07
23,65
132,34
Alba Rosa Salón
74,00
71,60
0,00
74,78
Oper Bingos
100,00
11,01
10,03
20,02
Oper Bingos
100,00
Salón de Belleza
Juegos de Azar y
Comida
Juegos de Azar y
Comida
51
Tabla 5.10 Cargas y sus características del transformador 1, Plaza Rohrmoser (Continuación)
Sobrecarga Precarga
(KW)
(KW)
Demanda
Máxima
KW
Cliente
Área del local
Naturaleza del local
28,63
15,33
61,20
Farmacia Fishel
110,00
Farmacia
5,84
1,77
15,41
Luis Cárdenas
60,84
Salón de Belleza
13,28
5,43
23,83
Zapateando
78,00
Zapatería
2,51
0,80
55,08
Pasarela Intima
74,00
Venta de Ropa íntima
4,96
1,22
25,10
Limited 1808
72,00
Ropa
0,47
0,00
13,61
Green Photo Group
25,00
Fotografías
8,83
3,51
21,14
Liftbrandt
25,00
48,86
16,10
54,53
B-Mart Group S.A.
74,00
13,98
3,23
16,20
Leiton Store
78,00
Ropa
Accesorios
Electrónicos
Tienda de
Departamentos
0,45
0,05
13,13
Helen Carrilo Barboza
15,00
Bodega
31,20
16,22
47,74
Retoucheria de Manuela
30,00
Servicios
45,07
30,02
66,67
Banco Cathay
74,00
Servicios
50,22
25,83
127,15
Eagle Global Logistics Costa Rica SRL
78,00
Servicios
17,56
7,19
23,02
Distribuidora Once de Marzo S.A.
65,00
Ropa
69,89
26,34
78,98
Banco Nacional
120,00
Servicios
13,72
4,41
49,03
Jin Bio Estetic Center
78,00
Cuidado personal
18,59
5,40
41,88
Peques
80,00
Ropa infantil
78,79
27,79
137,02
Banco Nacional
93,00
Servicios
52
En la figura 5.4 se puede observar el perfil de carga equivalente del transformador,
este se obtuvo de la suma de cargas de todos los locales comerciales conectados a este
transformador, esta suma se realizó cada 15 minutos del día 27 de febrero del 2009 a las
00:15 al día 7 de mayo del 2009 a las 09:00. Tras esta suma de cargas se obtiene el perfil de
carga variable, y luego de trabajar con la información se puede observar el perfil de carga
equivalente.
KVA
Carga y Precarga
1000,00
800,00
600,00
400,00
200,00
0,00
1
3
5
7
9 11 13 15 17 19 21 23
Horas
Figura 5.4 Cargabilidad total del transformador ubicado en Plaza Rohrmoser.
En la figura 5.4 podemos observar la cargabilidad del transformador, en el cual se
obtuvo un valor de precarga de 435,37 kVA durante 20 horas y un valor de sobrecarga de
850,42 kVA con una duración de 4 horas, el transformador cuenta con una potencia
nominal de 500 kVA.
53
5.3
Demanda de acuerdo a la naturaleza del local comercial
Al conocer estos locales comerciales sus valores de demanda máxima, el área
aproximada del local, naturaleza o función a la que se dedican, se buscó encontrar un valor
que nos diera la carga máxima aproximada por metro cuadrado. Los resultados obtenidos
son los siguientes:
5.3.1
Área de comidas rápidas, cafeterías, restaurantes y dulcerías.
Tabla 5.11 Cargas y características del local, venta de alimentos.
Sobrecarga
(KW)
Precarga (KW)
Demanda
máxima (KW)
85,38
55,81
112,848
49,07
35,71
49,728
68,84
45,86
93,576
76,13
49,66
121,572
Nombre del Local
Demanda por m
2
(KW/m )
94,10
Brunos
1,199
15,50
Haggen Dasz
3,208
45,10
Cafeteando
2,075
108,17
TCBY
1,124
Área del local m
2
170,89
95,03
237,240
43,58
Taco Bell
5,444
120,2
68,49
118,512
43,15
El fogoncito
2,747
122,28
62,63
141,012
47,31
China Wok
2,981
121,73
63,99
214,848
43,15
Burger King
4,979
72,51
46,45
106,992
27,94
Cafettos
3,829
346,63
211,25
609,552
56,96
MCDONALS
10,701
61,23
33,54
65,808
43,15
Rustico
1,525
158,91
97,55
304,920
43,15
Teriyaki
7,067
34,72
16,12
34,452
43,36
Steak Barbecue
7,95
48,37
20,42
76,440
42,74
Havanna
1,788
63,8
36,16
100,392
30,40
La Crepe
3,302
60,28
46,34
72,624
39,31
Pops
1,847
3,39
1,17
4,932
30,00
Brunos
1,64
34
16,1
43,068
56,30
KFC
7,65
48,42
26,52
103,068
35,54
Las Brasas
2,900
70,58
36,06
96,156
35,54
Ta Bueno
2,706
3,057 KW/m2
Promedio
54
5.3.2
Área de venta de ropa
En esta área se incluye tanto ropa y accesorios deportivos como ropa casual, para
niños, mujer y hombre.
Tabla 5.12 Cargas y características del local, venta de ropa
Sobrecarga
(KW)
54,98
87,95
105,83
49,04
45,14
108,28
63,93
149,51
73,39
47,9
91,76
58,09
70,61
67,92
66,82
34,44
12,73
97,7
66,52
84,34
61,61
54,53
51,6
125,42
37,84
63,25
47,2
Precarga (KW)
25,6
40,21
29,02
11,54
20,11
52,79
18,91
56,43
34,38
17,81
39,67
26,65
25,75
11,27
30,59
15,88
4,48
22,3
18,65
40,35
26,65
28,92
21,73
23,5
18,17
9,56
21,64
Demanda máxima
(KW)
81,432
119,808
118,512
77,856
86,040
130,536
117,288
186,768
88,848
72,000
114,360
147,552
80,568
66,432
79,656
55,608
19,944
105,624
179,952
133,920
85,248
83,208
77,064
133,224
54,144
70,992
78,864
Área del local m
88
94
96
122
95
122
128
144
96
83
152
126
64
100
85
63
62
169
220
122
86
86
86
124
37
122
108
0.937 KW/m2
Promedio
Nombre del Local
Mask Too
Dockets
Sapri Store
Levis
Explorer
Chevignon
Extremos
Armi Pronto
PLX
Ruffini
Saul E Mendez
Saul E Mendez
Nauty Blue
Puma
Mango Surf
Hagaes
Boutique el Gimnasio
Nike Shop
Stampa
Sensual
Esprit
Esprit
Christian Dior
ADIDAS
Natural Collection
Roca Bruja
Roca Bruja
Demanda por m
2
(W/m )
924
1273
1233
635
910
1066
915
1297
930
870
752
1171
1262
673
931
876
320
626
818
1098
989
966
899
1071
1483
581
729
55
5.3.3
Área de servicios
En esta área se incluyen todos los centros comerciales que proveen algún tipo de
servicio al público, puede ser venta de productos, venta de servicios en general.
Tabla 5.13 Cargas y características del local, venta de servicios.
Sobrecarga
(KW)
40,13
50,73
187,19
29,92
113,31
43,91
20,1
8,32
28,11
64,16
74,62
26,11
59,01
31,20
50,22
Precarga
(KW)
21,09
25,74
42,74
7,11
65,19
20,7
7,96
3,68
9,07
35,92
28,54
11,51
35,96
16,22
25,83
Demanda
máxima (KW)
94,800
92,808
223,656
34,872
138,864
49,752
31,728
31,728
30,168
83,448
95,424
61,848
121,512
47,736
127,152
Área del local
2
m
86
86
122
94
174
44
31
49
28
70
97
72
65
30
78
Nombre del Local
Voila
Óptica Visión
Amphora
MOI
Fishel
Retoucherie de Manuela
Qmanualidades
Pet Planet
Solares
Aval Card
Ofertel
AyA
La Nación
Retoucheria de Manuela
Eagle Global Logistics Costa Rica
1.144 KW/m2
Promedio
Demanda por m
2
(KW/m )
1,098
1,079
1,829
373
797
1,133
1,011
650
1,077
1,192
980
859
1,864
1,591
1,630
56
5.3.4
Bancos
Tabla 5.14 Cargas y características del local, bancos.
Sobrecarga
(KW)
77,42
89,64
45,07
69,89
78,79
Precarga
(KW)
42,96
47,49
30,02
26,34
27,79
Demanda
máxima (KW)
96,744
110,376
66,672
79,984
137,016
Área del local
2
m
72,88
75,55
74,00
120,00
93,00
Nombre del Local
BAC San Jose
BANCO HSBC
Banco Cathay
Banco Nacional
Banco Nacional
Demanda por m
2
(W/m )
1327
1461
901
667
1473
1,166 KW/m2
Promedio
5.3.5
Zapaterías
Tabla 5.15 Cargas y características del local, zapaterías.
Sobrecarga
(KW)
140,51
69,35
29,57
65,65
111,84
94,38
31,58
Precarga
(KW)
31,91
20,96
13,72
32,32
26,03
43,27
8,77
Demanda
máxima (KW)
102,576
82,920
56,016
83,904
128,400
107,112
55,704
Área del local
2
m
115
62
63
86
115
105
70
1,003 KW/m
Promedio
Nombre del Local
Penny Lane
Fusion
Feel Good
Equiz Confort
Aldo Nero
Shuz
Calzado 555
2
Demanda por m
2
(W/m )
893
1337
890
972
1117
1018
796
CAPÍTULO 6: Conclusiones y recomendaciones
La metodología empleada para la determinación del factor de carga y coincidencia,
obtener la relación entre demanda-área del local dependiendo de la naturaleza del local
comercial, así como observar la cargabilidad presente en los transformadores, nos llevan a
las siguientes conclusiones y recomendaciones según lo visto en los resultados obtenidos:
1. La determinación de los factores de carga, diversidad y coincidencia se
realizaron de acuerdo a los locales comerciales conectados por transformador.
Resumiendo los valores obtenidos en el Centro Comercial Multiplaza del Este.
Trasformador 1: Factor de carga: 0.4464. Factor de diversidad: 1,2955. Factor
de coincidencia: 77.2 %.
Transformador 2: Factor de carga: 0.4293. Factor de diversidad: 1,3326. Factor
de coincidencia: 75.04 %.
Transformador 3: Para este transformador se dividió en dos el análisis de los
factores para evitar una desviación grande de la tendencia, esto debido a la
diferencia de función del local.
Sector de Comidas: Factor de carga: 0.5509. Factor de diversidad: 2,4375.
Factor de coincidencia: 41.03 %.
Sector comercial en general: Factor de carga: 0.4362
57
58
Valores obtenidos en Centro Comercial Plaza Rohrmoser.
Trasformador 1: Factor de carga: 0.4136. Factor de diversidad: 1,5135. Factor
de coincidencia: 66.05 %.
2. Se puede observar la tendencia del factor de carga entre 0.41 y 0.44 en los
cuatro transformadores, y por tanto en una muestra aproximada de 140 locales
comerciales, y se nota la variación al analizar locales comerciales que se
dedican a la venta de alimentos, entre ellos podemos nombrar comidas rápidas,
cafeterías, dulcerías y restaurantes; y locales comerciales dedicados a comercio
en general, con características como venta de ropa, venta de servicios,
zapaterías, Bancos y otros.
3. Los datos obtenidos para los factores de carga y diversidad pueden servir de
guía para diseños en el área urbana, que fue donde se llevo a cabo el estudio, de
ninguna manera se espera un comportamiento igual o parecido para centros
comerciales ubicados en áreas costeras del país, donde el clima y el uso de aire
acondicionado modificarán de manera importante las características de la carga.
4. Al analizar el consumo aproximado de potencia por metro cuadrado del local
comercial, se obtuvieron los siguientes valores: Ropa: 0.937 KW/m2; Servicios:
1,144 KW/m2; Bancos: 1.166 KW/m2; Zapaterías: 1,003 KW/m2. Los valores se
obtuvieron de muestras de no más de 10 locales comerciales de acuerdo a las
características, por lo tanto estos factores podrían cambiar al agregar otros
locales comerciales de diferentes zonas.
59
5. Para lograr llegar a valores de factor de carga, coincidencia y diversidad de gran
certeza, es necesario el estudio continuo de la carga por un periodo de al menos
2 años, o hasta que se vea una tendencia definitiva en los resultados.
6. De acuerdo a los perfiles de carga que se obtuvieron de la memoria de los
medidores de cada centro comercial, la relación que se hizo de cada medidor
con el transformador asociado, se determinó, al obtener la cargabilidad total de
los diferentes transformadores, que estos se encuentran altamente sobrecargados
respecto a su capacidad nominal. El transformador 1 del Multiplaza del Este de
capacidad nominal de 1500 kVA presenta un valor de precarga de 960 kVA y
sobrecarga de 2491 kVA. El transformador 2 con capacidad nominal de 1000
kVA presenta precarga de 1324 kVA y sobrecarga de 2427 kVA. El
transformador 3 con capacidad nominal de 1500 kVA presenta precarga de 1497
kVA y sobrecarga de 1426 kVA. En Plaza Rohrmoser ser presenta un caso
parecido, capacidad nominal del transformador de 500 kVA con un valor de
precarga de 435 kVA y sobrecarga de 850 kVA. De acuerdo con estos valores se
puede
observar
una
clara
sobrecarga
prácticamente
en
todos
los
transformadores, lo cual podría resultar en una disminución drástica de la vida
útil de los mismos.
7. Es necesario la medición de potencia consumida en la salida misma de cada uno
de los transformadores de distribución analizados, esto por la gran sobrecarga
que presentan según el estudio realizado.
60
8. Al existir algún o algunos días feriados los valores que se obtienen del estudio
de perfiles de carga no son confiables, pues al haber diferencias en la carga
consumida pueden afectar los análisis, como sucedió en el estudio del
transformador 1 del centro comercial Multiplaza del Este, en el cual al realizar
la extracción de los perfiles de carga y analizar el factor de carga se comprobó
una variación importante como consecuencia de la Semana Santa.
61
Recomendaciones
Algunas recomendaciones de acuerdo con el estudio realizado son:
1. Para mejorar la validez de los factores de carga, coincidencia y diversidad
obtenidos, se recomienda la recolección de más perfiles de carga de otros
centros comerciales grandes en Costa Rica para así obtener datos aún más
confiables.
2. De acuerdo con los resultados obtenidos en cuanto a la cargabilidad que
presenta actualmente los transformadores en el estudio, realizar nuevamente las
medidas de la cargabilidad total mediante aparatos que se conecten directamente
a los conductores del transformador, y así verificar con certeza si en realidad
están sobrecargados de esta forma. Si se comprueba que el estudio de
cargabilidad es correcto, la empresa distribuidora, en este caso la Compañía
Nacional de Fuerza y Luz, podría recomendar a los respectivos centros
comerciales la sustitución o las acciones pertinentes respecto a la distribución de
la carga, para así evitar la pérdida de vida útil en dispositivos eléctricos de tanto
alto costo económico.
3. Para futuros estudios donde se quiera analizar la cargabilidad de los
transformadores sería de gran utilidad contactar al ingeniero que se encargó del
diseño eléctrico y de esta forma obtener el diagrama unifilar donde se pueda ver
de manera directa y sin posibilidad de error, a que transformador están
62
conectados los diferentes ductos de medidores, ya que esto evitaría dudas que se
puedan presentar al no tener claro el recorrido y destino de los cables al estar
estos de forma subterránea antes de ser conectados a la baja tensión del
transformador.
BIBLIOGRAFÍA
1. Andrés Jácome, L. “Análisis y proyección de la demanda eléctrica de la CNFL
para la planificación de obras a mediano plazo, utilizando la tecnología del
SIG”, [1] edición, Costa Rica, 2008.
2. ANSI, IEEE. “IEEE Standards Board, C57.91-1995 Guide for Loading
Mineral-Oil-Immersed Transformers”. Institute of Electrical and Electronics
Engineers, Inc. USA, 1995.
3. Brown Boveri, A. “Distribution Transformer Guide”, ABB, USA, June 1979.
4. Espinoza Lara, R. “Sistemas de Distribución”, [1] edición, Editorial LIMUSA,
México, 1990.
5. Lee Willis, H. “Power Distribution Planning Reference Book”, [1] edición,
MARCEL DEKKER, INC, USA, 1997.
63
APENDICE
El procesamiento de los datos obtenidos de los respectivos ductos de medidores se
muestra a continuación. Debido a la gran cantidad de datos que se usaron para cada uno de
los locales comerciales no es posible siquiera mostrar los datos totales empleados para un
solo análisis de cargabilidad. Se mostrarán los datos de un día pero es importante destacar
que para los análisis se usaron los datos de 30 días.
FECHA
HORA
KW
KVAR
KVA
03/06/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
00:00
00:15
00:30
00:45
01:00
01:15
01:30
01:45
02:00
02:15
02:30
02:45
03:00
03:15
03:30
03:45
04:00
04:15
04:30
04:45
05:00
05:15
05:30
05:45
11412,00
15660,00
11088,00
15768,00
11628,00
15192,00
12852,00
13644,00
13968,00
11880,00
15624,00
11052,00
15732,00
11592,00
15192,00
13032,00
13680,00
14220,00
12132,00
15372,00
10980,00
15768,00
11052,00
15948,00
0,68
10656,00
0,64
10728,00
0,70
10296,00
0,82
0,90
0,94
0,74
10836,00
0,65
10872,00
0,70
10332,00
0,83
0,90
0,95
0,76
10620,00
0,65
10944,00
0,65
11052,00
11.412
18.942
64
11.088
19.071
11.628
18.352
12.852
13.644
13.968
11.880
19.014
11.052
19.123
11.592
18.372
13.032
13.680
14.220
12.132
18.684
10.980
19.194
11.052
19.403
65
FECHA
HORA
KW
KVAR
KVA
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
03/07/2009
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14:30
14:45
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15:15
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15048,00
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24480,00
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35208,00
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19872,00
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66
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HORA
KW
KVAR
KVA
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00:15
31356,00
32400,00
30204,00
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44496,00
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15624,00
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11448,00
15732,00
11052,00
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15516,00
11160,00
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19332,00
20448,00
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21024,00
21132,00
21456,00
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26496,00
29520,00
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29088,00
28008,00
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27720,00
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0,70
11124,00
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38.313
35.861
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49.015
39.103
40.391
41.156
36.174
41.921
51.487
53.031
49.517
51.996
47.734
49.885
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50.656
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29.900
28.731
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11.844
19.309
11.448
19.351
11.052
19.343
11.088
19.092
11.160
67
En la anterior tabla se muestran las mediciones de demanda del día 7 de marzo del
2009, sin embargo si se usan los otros 29 días tendremos diferentes mediciones de demanda
para cada instante de tiempo. Dado a esto, se procede a calcular la demanda promedio en
cada intervalo de tiempo, y con esto determinar los valores de precarga y sobrecarga según
sean valores promedio menores o al menos igual al 90% del valor promedio máximo.
HORA
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VALORES
VALORES
CARGA
SOBRE
MEDIOS
MAXIMOS
INICIAL
CARGA
kVA
kVA
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15,19
15,86
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14,30
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26,85
28,24
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25,04
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13:30
13:45
14:00
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15,38
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15,30
15,48
20,37
38,40
37,20
35,64
37,88
39,31
40,19
40,50
39,74
40,84
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40,22
39,15
40,81
41,22
41,02
42,32
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44,14
46,66
50,09
49,39
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54,59
51,06
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25,08
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25,08
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57,09
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94,79
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85,87
Continuación
14,88
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15,30
15,38
15,67
14,90
14,77
15,24
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15,55
15,30
15,48
20,37
38,40
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40,84
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40,81
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44,14
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50,09
49,39
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18:30
18:45
19:00
19:15
19:30
19:45
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21:15
21:30
21:45
22:00
22:15
22:30
22:45
23:00
23:15
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44,01
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19,90
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77,29
76,24
53,64
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51,53
53,10
27,21
43,15
27,52
40,39
27,72
41,50
27,86
Continuación
47,61
45,34
44,06
40,64
41,08
44,01
42,41
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46,00
45,51
45,42
44,74
41,30
43,05
43,34
45,28
44,47
42,91
46,92
45,92
45,29
46,45
42,04
43,00
38,08
36,49
26,10
19,90
19,16
18,60
15,94
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15,14
16,69
15,49
17,03
15,14
70
23:30
23:45
Máximo
Mínimo
RMS
16,56
15,46
Continuación
36,89
16,56
27,17
15,46
54,59
13,63
33,30
99,59
24,36
58,99
PRECARGA SOBRECARGA
32,00
51,59
Por lo tanto se observa que se obtuvieron valores de sobrecarga de las 13:00 a las
14:00, es decir cinco periodos de 15 minutos cada uno. El resto del tiempo la demanda de
potencia se puede clasificar como precarga.