TALLER DE CÁLCULO B.C Y POTENCIAS P.Q.S NOMBRE: IGNACIO SAN MARTÍN DOCENTE: FABIÁN QUINCHAVIL MODULO: TALLER DE MANTENIMIENTO Y REPARACIÓN DE MAQUINARIA ELÉCTRICA FECHA: 15/05/2024 TABLA DE CONTENIDOS 1. INTRODUCCIÓN ........................................................................3 2. CÁLCULOS ................................................................................. 3 3. CONCLUSIÓN .......................................................................... 11 4. FUENTES ................................................................................. 12 2 1. INTRODUCCIÓN Este trabajo aborda el diseño y cálculo de bancos de condensadores para mejorar el factor de potencia en sistemas eléctricos, esencial para la eficiencia energética y la reducción de costos. Se detallan las fórmulas y procedimientos para calcular las potencias activa, reactiva y aparente (PQS), fundamentales en la selección y rendimiento de equipos eléctricos. El objetivo es proporcionar una guía práctica para la compensación de energía reactiva y la optimización del consumo eléctrico en pro de la sostenibilidad. 2. CÁLCULOS Como plantea el enunciado propuesto en clases, si en una industria, al realizar un levantamiento eléctrico, y obtenga los siguientes parámetros: 𝑀𝑜𝑡𝑜𝑟: 150ℎ𝑝 0,88 𝑓. 𝑝 0.96 𝑟. 𝑜 0.90 𝑓. 𝑑 Calcular lo siguiente: 1.- Disyuntor Regulable: Para calcular el disyuntor regulable, el primer paso es utilizar la fórmula de cálculo para determinar la potencia del motor en watts, asumiendo 746w por cada hp. ℎ𝑝 = 746𝑤 × 150 = 111.900𝑤 Luego, utilizamos la fórmula de intensidad trifásica, al estar hablando de industria, asumimos un voltaje de 380v 𝑥= Pt √3 × 380𝑣 × 𝑐𝑜𝑠 𝜑 × 𝑟𝑜 Sustituimos: 𝑥= 111.900w √3 × 380𝑣 × 0.88𝜑 × 0.96 = 201.24𝑎 3 Lo siguiente es calcular el disyuntor regulable en base a la fórmula: 𝐼𝑡 × 0.9 = 181.11𝑎 𝐼𝑡 × 1.5 = 301.86𝑎 Es decir, para nuestro disyuntor, necesitaríamos al menos un disyuntor de 4 puestos con intensidades regulables desde los 150 amperes hasta los 350 amperes (un aproximado de la sección comercial). 2.- Conductor de cobre subterráneo para una distancia de 120mt: Según normativa RIC N°7 5.3.1 “Como base para la determinación de la capacidad de transporte de corriente de conductores, capacidad y regulación de las protecciones, dimensionamiento de alimentadores, etc., se tomará la corriente indicada en la placa de características de los motores. Si se trata de motores de varias velocidades, se tomará la mayor de las corrientes indicadas en la placa, excepto en lo que se refiere a la regulación de las protecciones la que se fijará de acuerdo con la condición en que el motor esté trabajando.” Lo primero que debemos de hacer es calcular la intensidad total y multiplicarla por 1.25 para obtener el valor con el que trabajaremos con el cálculo de sección del conductor. 𝐼𝑡 = 201.24𝑎 × 1.25 = 251.55𝑎 4 Luego, utilizaremos la fórmula de cálculo de sección del conductor en tres fases: 𝑅ℎ𝑜 × 𝐿 × 𝐼 × 𝑘 𝑉𝑝3∅ Sustituimos teniendo en consideración la conductancia del cobre (0.018) e ignoramos la constante K debido a que en trifásico equivale a 1: 𝑆. 𝑐 3∅ = 𝑆. 𝑐 3∅ = 0.018 × 120𝑚 × 251.55𝑎 = 47.66𝑚𝑚2 11.4𝑣 Procedemos a calcular el voltaje de perdida en trifásico para corroborar que nuestro conductor cumpla con un voltaje menor a 11.4v, en este caso, escogimos de antemano un cable RZ1-K al tratarse de un cable que debe ir subterráneo. Este cable viene en una sección comercial de 50𝑚𝑚2 : 𝑉. 𝑝 3∅ = 𝑅ℎ𝑜 × 𝐿 × 𝐼 × 𝑘 = 𝑉. 𝑝 3∅ 𝑚𝑚2 Reemplazamos: 𝑉. 𝑝 3∅ = 0.018 × 120𝑚 × 251.55𝑎 = 10.86𝑣 < 11.4𝑣 50𝑚𝑚2 Para calcular la sección del conductor, deberemos tener en consideración la normativa encontrada en el R.I.C N°4 de conductores y canalizaciones, donde en la tabla Nº4.2: Características y condiciones de uso de conductores aislados podemos obtener los datos de los conductores y sus usos y capacidades. 5 3.- Cálculo de potencias PQS: Para el cálculo de potencias utilizaremos las siguientes formulas añadiendo la constante de raíz de tres al tratarse de un circuito trifásico: 𝑃 = 𝑉 × 𝐼 × 𝑐𝑜𝑠𝜑 𝑄 = 𝑉 × 𝐼 × 𝑠𝑒𝑛𝜑 𝑆 =𝑉×𝐼 Reemplazamos: 𝑃 = 380𝑣 × 201.24𝑎 × cos 0.88 = 76.462 W 𝑄 = 380𝑣 × 201.24𝑎 × 𝑠𝑒𝑛 0.88 = 1174.46 VAr 𝑆 = 380𝑣 × 201.24𝑎 = 76.471.2 VA A pesar de que el sen se calcula con la potencia reactiva, utilizando la intensidad total y el ángulo de fase que se relaciona con el factor de potencia, se utilizó el mismo valor para sen y cos por requerimiento del profesor. 6 4.- Diagrama fasorial: 5.- Cálculo de banco condensador: Lo primero es calcular la potencia total con la que vamos a trabajar en base al factor de demanda, en este caso: 𝑝. 𝑡 × 𝑓. 𝑑 = 111.900𝑤 × 0.90 = 100.710𝑤 A continuación, debemos de calcular la potencia aparente (S): 𝑆= 𝑃 100.71𝑘𝑊 = = 114.44𝑉𝐴 𝑐𝑜𝑠𝜑 0.88𝜑 Lo siguiente es calcular la potencia reactiva (Q): 𝑄 = √𝑆 2 − 𝑃2 𝑄 = 114.442 − 111.9002 𝑄 = √574,90 = 23.97𝑘𝑉𝐴𝑅 Ahora debemos de tener en consideración el factor de potencia deseado para nuestra instalación, en este caso por requerimiento es 0.98 𝑆= 100.71𝑘𝑊 = 102.76𝑉𝐴 0.98 Entonces con nuestra nueva potencia aparente podemos calcular: 𝑄 = √𝑆 2 − 𝑃2 𝑄 = 100.712 − 102.762 = √417.11 = 20.42𝑘𝑉𝐴𝑅 7 𝑄𝐶 = 𝑄 − 𝑄 = 23.97𝑘𝑉𝐴𝑅 − 20.42𝑘𝑉𝐴𝑅 = 3.55𝑘𝑉𝐴𝑅 Podemos concluir que para lograr un factor de potencia del 0.98 en nuestra instalación eléctrica, debemos instalar un banco condensador con una potencia de 3.55kVAR, lo cual en sección comercial podemos encontrarlo como un condensador de 4KVAR. 6.- Cálculo de KM∆: Para el cálculo del contactor magnético tendremos en consideración la siguiente formula: 𝐾𝑀∆ = 𝐼𝑛 × 1.2 = 201.24𝑎 × 1.2 = 241.48𝑎 Por lo tanto, en sección comercial necesitaremos un contactor de al menos 250 amperes. 7.- Cálculo de RT∆: Para el cálculo del relé térmico tendremos en consideración la siguiente formula: 𝑅𝑇∆ = 𝐼𝑛 ÷ √3 = 201.24𝑎 ÷ √3 = 116.18𝑎 Por lo tanto, en sección comercial necesitaremos un relé térmico de al menos 115/120 amperes usualmente regulable hasta 150/200 amperes. 8.- Calcular ducto PVC – soterrado para cruce de calle de alto tráfico: Según los RIC, Los ductos deberán cumplir lo indicado en la tabla N°4.28 y para tránsito vehicular o pesado, la profundidad exigida será como mínimo de 0,8m, considerando el uso de protecciones mecánicas necesarias para asegurar que los tubos no sufran daño. 8 En base a esto y a la NCH Elec. 4/2003, según la siguiente tabla: El ducto debería de ser de al menos 4 pulgadas Schedule 80, siendo esta una tubería de alto impacto y para alto tráfico según normativa: “8.2.9.5.- Las tuberías no metálicas rígidas pesadas y de alto impacto, serán usadas en donde se presenten condiciones de exigencias mecánicas fuertes o extremas; en particular en canalizaciones subterráneas sólo se podrán usar tuberías de estas categorías.” “Las tuberías (conduits) tipos I y II y el de 16 mm tipo III se consideran livianos, el tipo Sch 40 es de tipo pesado y el Sch 80 se considera de alto impacto.” 9 9.- Según RIC, cual es la cantidad de cámaras a utilizar, considere tipo “B”: Ahora, según el punto 7.9.7.8 del RIC N°4 de Conductores y canalizaciones, “Se aceptará una distancia máxima de recorrido entre cámaras de 90 m, con un máximo de dos curvas y una desviación por cada curva no superior a 60º con respecto a la línea recta y radios de curvatura de 10 veces el diámetro del ducto respectivo como mínimo. Si existen más de dos curvas o una desviación superior a la señalada se deberá colocar cámaras intermedias.” Y el inciso 7.9.7.8 “En tramos rectos se aceptará, colocar cámaras hasta, una distancia máxima de 120 m entre ellas. El ducto que se utilice en estos casos será de un diámetro mínimo de 50 mm” Podemos inferir que al no tener especificado si los 120m de alimentador son rectos o con curvas, podemos calcular al menos 2 cámaras del Tipo “B” para nuestro alimentador. 10 3. CONCLUSIÓN En resumen, el estudio del cálculo de bancos de condensadores y la evaluación de las potencias PQS es crucial para la eficiencia energética en sistemas eléctricos. La implementación correcta de estas técnicas no solo mejora el factor de potencia, sino que también conduce a ahorros significativos y a una mayor sostenibilidad. Este trabajo resalta la importancia de un enfoque metódico y una comprensión profunda de los principios eléctricos para optimizar el uso de la energía en entornos industriales y comerciales. En última instancia, la aplicación de estos conocimientos contribuye al avance de la ingeniería eléctrica y al cuidado del medio ambiente. 11 4. FUENTES PotenciaCero. (2023, 10 de marzo). Potencia eléctrica trifásica. https://potenciacero.com/potencia-electrica/trifasica Universidad de Córdoba. (s.f.). Tema 8: Sistemas Polifásicos [PDF]. https://www.uco.es/grupos/giie/cirweb/teoria/tema_08/tema_08_01.pdf Eléctrica Mente. (2019, 5 de julio). CÁLCULO DE POTENCIA EN CIRCUITOS TRIFÁSICOS [Archivo de video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=3phsfGsrl5Q Superintendencia de Electricidad y Combustibles. (2020, 30 de diciembre). Reglamento de Instalaciones Eléctricas (RIC) N°4: Conductores y Canalizaciones [PDF]. https://www.seital.cl/data/documents/RIC-N04-Conductores-yCanalizaciones.pdf Superintendencia de Electricidad y Combustibles. (2020, 30 de diciembre). Reglamento de Instalaciones Eléctricas (RIC) N°4: Conductores y Canalizaciones [PDF]. https://www.seital.cl/data/documents/RIC-N03-Alimentadores-y-demandade-una-instalacion-V1.1-1.pdf Superintendencia de Electricidad y Combustibles. (2020, 30 de diciembre). Reglamento de Instalaciones Eléctricas (RIC) N°4: Conductores y Canalizaciones [PDF]. https://www.seital.cl/data/documents/RIC-N07-Instalaciones-de-EquiposV1.1-1.pdf SEC. (2003, octubre). Norma eléctrica para instalaciones eléctricas en inmuebles. https://www.sec.cl/sitioweb/electricidad_norma4/norma4_completa.pdf 12
