Optimización de las instalaciones eléctricas para el ...

Universidad de La Salle Universidad de La Salle

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Ingeniería Eléctrica Facultad de Ingeniería

1-1-2005

Optimización de las instalaciones eléctricas para el mejoramiento Optimización de las instalaciones eléctricas para el mejoramiento

de calidad de potencia en la industria proteínas y energéticos de de calidad de potencia en la industria proteínas y energéticos de

Colombia Proteicol S.A Colombia Proteicol S.A

William Alfonso Cárdenas Universidad de La Salle, Bogotá

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UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA

WILLIAM ALFONSO CARDENAS RUBIANO

OPTIMIZACION DE LAS INSTALACIONES ELECTRICAS PARA EL MEJORAMIENTO DE CALIDAD DE POTENCIA EN LA INDUSTRIA

PROTEINAS Y ENERGETICOS DE COLOMBIA ¨PROTEICOL S.A.¨

WILLIAM ALFONSO CÁRDENAS

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA BOGOTA D.C.

2005



OPTIMIZACION DE LAS INSTALACIONES ELECTRICAS PARA EL MEJORAMIENTO DE CALIDAD DE POTENCIA EN LA INDUSTRIA

PROTEINAS Y ENERGETICOS DE COLOMBIA ¨PROTEICOL S.A.¨

WILLIAM ALFONSO CÁRDENAS

Monografía para optar el título de

Ingeniero Electricista

Director

Ing. LUÍS H. CORREA

UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

BOGOTA D.C.

2005



CONTENIDO

Pag

INTRODUCCION

1. GENERALIDADES. 1

1.1. DEFINICION DE CALIDAD. 3

1.2. HISTORIA. 3

1.3. ¿POR QUE EL CONCEPTO ESTA PONIENDOSE

MAS Y MAS FUERTE DIA A DIA? 3

1.4. ¿COMO SE DESCUBRE LA PRESENCIA DE UN

PROBLEMA DE CALIDAD DE POTENCIA? 4

1.5. ARMÓNICOS. 5

1.5.1 DISTORSIÓN ARMÓNICA. 6

1.5.2. ARMÓNICOS EN LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS. 7

1.5.3. CONSECUENCIA DE LOS ARMÓNICOS. 7

1.5.4. EFECTOS DE LOS ARMÓNICOS. 8



1.5.5. FILTROS DE ARMÓNICOS. 10

1.6. TRANSITORIOS. 14

1.6.1. TRANSITORIOS DE IMPULSO. 15

1.6.2. TRANSITORIOS OSCILATORIOS. 16

1.6.3. SAG. 18

1.6.3.1. CAUSAS DE SAG DE VOLTAJE. 19

1.6.3.2. SENSIBILIDAD DE LAS CARGAS A SAGS DE VOLTAJE. 19

1.6.4. SWELL. 20

1.7. NORMALIZACION. 21

1.7.1. IEEE 519. 22

1.7.1.1. LINEAMIENTOS PARA CLIENTES INDIVIDUALES. 23

1.7.1.2. LOS LINEAMIENTOS PARA LAS COMPAÑIAS DE

ELECTRICIDAD. 25

1.7.2. IEEE 1159: RECOMENDACIONES PRÁCTICAS PARA

EL MONITOREO DE LA CALIDAD DE LA POTENCIA ELÉCTRICA. 27

2. PROTEINAS Y ENERGETICOS DE COLOMBIA

PROTEICOL S.A. 31



2.1. HISTORIA. 31

2.2. CAPACIDAD. 31

2.3. SUMARIO DE ACTIVIDADES. 31

2.4. MISION. 32

2.5. VISIÓN. 32

2.6. PLANTA PROTEICOL. 33

2.6.2. DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS DE PRODUCCIÓN. 33

2.7. LEVANTAMIENTO DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS. 35

2.7.1. DESCRIPCION GENERAL DE EQUIPOS E INSTALACIONES. 35

2.7.2. CARACTERIZACIÓN DE LA EMPRESA. 40

2.8. DIAGRAMA UNIFILAR. 40

3. MEDICIONES REALIZADAS Y DATOS OBTENIDOS. 42

3.1. CRITERIOS TENIDOS EN CUENTA. 44

3.2. NECESIDADES PLANTEADAS POR LAS

DIRECTIVAS DE PROTEICOL S.A. 44

3.3. PROBLEMAS IDENTIFICADOS. 44



3.4. PRESENTACION ESTADISTICA DE DATOS. 45

3.4.1. ARMÓNICOS. 46

3.4.2. MEDICIÓN DE TRANSITORIOS (SAGS Y SWELL). 48

3.4.3. DISTORSIÓN ARMÓNICA TDD. 49

3.5. INTERPRETACION DE LA INFORMACION. 50

3.6. DIAGNÓSTICO AL QUE SE LLEGA. 51

3.7. ACCIONES A SEGUIR. 52

3.8. EQUIPOS DE MEDICION UTILIZADOS. 52

3.8.1. ANALIZADOR DE REDES TRIFÁSICO AEMC 3945. 52

4. SUBPROYECTOS PLANTEADOS EN CALIDAD DE POTENCIA. 53

4.1.1. IDENTIFICACION DE CELDAS, PROTECCIONES Y

CIRCUITOS. 53

4.1.2. CAMBIO DE LOS SISTEMAS DE BANDEJAS PORTA CABLES. 55

4.1.3. REPLANTEAMIENTO DE CAPACIDAD DE PROTECCIONES. 55

4.1.4. POLUCION EN LA SUBESTACION. 56

4.1.5. EQUIPOS DE MEDIDA Y SEÑALIZACION. 56



4.1.6. PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFERICAS. 57

4.1.7. ILUMINACION PLANTA. 57

4.2. PROYECTOS. 58

4.2.3. PROYECTO DE MEJORA DEL SISTEMA DE

PUESTA A TIERRA. 57

4.2.4. PROYECTO DE OPTIMIZACIÓN DE ILUMINACION

DE LA PLANTA. 61

4.3. EVALUACIÓN FINANCIERA. 64

4.3.1 ANÁLISIS ECONOMICO DEL PROYECTO. 67

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 72

ANEXOS 75



LISTA DE TABLAS

Pag

Tabla 1. Principales fenómenos causados por disturbios electromagnéticos 17

y clasificados por la IEC.

Tabla 2. IEEE 519, Límites en la Distorsión de la Corriente.

Límites de Corriente Armónica para Carga no lineal en el Punto

Común de acoplamiento con Otras Cargas, para voltajes entre

120 - 69,000 voltios Máxima Distorsión Armónica Impar de la

Corriente, en % del Armónico fundamental. 24

Tabla 3. Límites de distorsión de Voltaje según IEEE 519. 26

Tabla 4. IEEE 1159 Categorías y características de los fenómenos electromagnéticos en sistemas de potencia. 28

Tabla 5. Rangos típicos de entrada y parámetros de la carga para la calidad de

potencia eléctrica (ANSI / IEEE STD 446187 P.73.). 29

Tabla 6. Limites de distorsión de Tensión según la guía 519-1992 30

Tabla 7. Limites de distorsión de corriente para sistemas de distribución 30

Tabla 8. Descripción de equipos de PROTEICOL S.A. 36

Tabla 9. Descripción principales motores de PROTEICOL S.A. 37



Tabla 10. Detalles transformadores de PROTEICOL S.A. 39

Tabla 11. Mediciones realizadas en las instalaciones de de PROTEICOL S.A. 43

Tabla 12. Valores promedio, máximo y mínimo de los parámetros eléctricos

monitoreados por el analizador de redes en el transformador,

en el banco de condensadores y en una de las cargas de

PROTEICOL S.A. 47



LISTA DE FIGURAS

Pag

Figura 1. Fundamental mas tercer armónico. 6

Figura 2. Filtros pasivos Shunt. 12

Figura 3. Corrientes Producidas por una descarga Atmosférica. 16

Figura 4. Transitorio Oscilatorio causado por la energización de un Banco de

Capacitores. 18

Figura 5. Represión de Voltaje. Forma de onda de un sag. 20

Figura 6. Dilatación de Voltaje (swell). 21

Figura 7. Diagrama Proceso Producción de PROTEICOL S.A. 28

Figura 8. Analizador de redes trifásico AEMC 3945 49

Figura 9. Tableros de distribución. 50



Figura 12. Bandejas porta cables de las instalaciones de PROTEICOL.S.A. 52



Figura 13. Subestación de PROTEICOL S.A. 53

Figura 14. Equipos de medida y señalización usados en el diagnóstico. 54



LISTA DE ANEXOS

Pag

Anexo A. Diagrama unifilar PROTEICOL S.A. 76

Anexo B. Registro de los parámetros eléctricos monitoreados con el

analizador de redes en el transformador de potencia, banco de condensadores y motor de 50 hp 77

Anexo C. Información CODENSA S.A. E.S.P. 111

Anexo D. Graficas de los parámetros eléctricos monitoreados con el analizador de redes el transformador de tensión, banco de condensadores

y motor de 50 hp 113



INTRODUCCION

Tanto las empresas suministradoras de energía eléctrica como los usuarios finales del servicio, han estado insistiendo cada vez más en el concepto calidad de potencia.

Esto se inicio en la década de los 80´s y se ha convertido en una especie de

concepto general, alrededor del cual se puede ubicar una multitud de distintos tipos de disturbios y problemas que se pueden presentar en un sistema eléctrico.

Las principales razones por las que es necesario estudiar los conceptos relacionados

con la calidad en el suministro de la energía eléctrica, son las siguientes:

Las cargas cada día son mas sensibles a las variaciones de ciertos parámetros o

cantidades en los sistemas del suministro de energía eléctrica, en la actualidad se encuentran cargas tanto industriales como residenciales y comerciales, que hacen un

uso intensivo de controles basados en microprocesadores. También existe cada vez mayor presencia de la llamada electrónica de potencia, usada en distintas

aplicaciones, como es el caso de los controladores para motores eléctricos, que han sustituido en muchos casos a los controles electromagnéticos y que son mas

sensibles a muchos tipos de disturbios.

En este proyecto de grado se plantean soluciones y recomendaciones que ayuden a

mejorar la calidad de la potencia en la empresa PROTEINAS Y ENERGETICOS DE COLOMBIA PROTEICOL S.A.

Durante este estudio se realizó el levantamiento de las instalaciones eléctricas, y se

hicieron mediciones con las cuales se determinó el estado de la calidad de la potencia



en la empresa. Con esta información se realizó una identificación y diagnóstico de los diferentes problemas y necesidades.

Para la identificación de estos problemas se tuvieron en cuenta parámetros propios

del concepto de calidad de potencia eléctrica como son armónicos, transitorios electromagnéticos y otros como tensión, corriente etc., empleando las

recomendaciones de las normas IEEE 519 y 1159.

Dentro del estudio se plantearon los objetivos generales y específicos que se

mencionan a continuación: Realizar un estudio de Calidad de Potencia en la Industria PROTEICOL S.A.

iniciando con un diagnóstico del estado actual de la industria, pasando por el

planteamiento que identifique los problemas y su solución respectiva.

Además:

Hacer un diagnóstico del estado actual de la empresa en la parte eléctrica.

Evaluar las condiciones de la energía eléctrica que alimenta las

instalaciones y los equipos.

Efectuar mediciones de parámetros eléctricos relacionados con la calidad

de potencia.

Realizar un análisis de los parámetros eléctricos en los circuitos de la

empresa.

Plantear soluciones a largo, mediano, y corto plazo planteadas en

proyectos y sub proyectos.

Establecer las recomendaciones para la mejora de la calidad y

confiabilidad, sugiriendo:

- modificaciones del sistema de suministro

- Modificaciones de las instalaciones del usuario

- Consideraciones sobre el diseño de equipos sensibles y correctores.



Para la realización de este proyecto de grado se utilizó la siguiente metodología:

En una primera fase se hizo el reconocimiento de las instalaciones y se llevó a

cabo el levantamiento eléctrico de la planta, posteriormente se procedió a

clasificar la información para formular un diagnóstico preliminar de las condiciones

en las que se encontraba la empresa. En una segunda fase se identificaron los

puntos en los cuales se podrían encontrar problemas relacionados con los

parámetros de estudio y así programar un cronograma de mediciones. A

continuación se realizó un procesamiento y análisis de la información para llegar a

un diagnosticó general de problemas y necesidades encaminados a identificar

subproyectos para mejorar la calidad de potencia de la planta.

Como parte final se elaboró el documento de la monografía.

UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERIA ELÉCTRICA

_______________________________________________________________________ WILLIAM ALFONSO CARDENAS 1

1. GENERALIDADES

En el ultimo siglo la electricidad ha sido uno de los mayores avances científicos y

tecnológicos de la vida moderna, ocupando un importante lugar en lo cotidiano de

todos los estratos sociales; en este contexto es indiscutible que gracias a ella se

han generado enormes cambios, que han contribuido al desarrollo de la

humanidad y resultaría difícil imaginar un desarrollo mundial sin la electricidad.

La electricidad se ha convertido en un instrumento indispensable en el hogar, en

la industria y en todo lo cotidiano del ser humano y sus aplicaciones son múltiples

va desde la iluminación, hasta el uso de electrodomésticos, en maquinas

industriales de manufactura, manejo de acueductos, hasta extracción de

petróleos, de igual manera ha hecho que las comunicaciones sean mas rápidas e

instantáneas que han facilitado aun mas el proceso de globalización.

En la aldea global en que se ha convertido el mundo moderno de hoy, se ha

presentado una desregulación de los mercados de energía eléctrica; esto implica,

menos normas porque hay más competencia y se pretende un mínima

intervención del estado para que esto conlleve a una libre competencia. Regular,

en el sentido económico, es encauzar actividades que desarrollen agentes por su

propia iniciativa con propósitos de lucro. Es un instrumentos de intervención

estatal alternativo a la propiedad pública de las entidades prestadoras. En

Colombia la constitución de 1991 ha permitido la prestación del servicio de

energía, en condiciones de igualdad con los particulares, en forma que todos los

prestadores están sometidos a la regulación, a la vigilancia y a las políticas de

administración.



La prestación del servicio implica que las condiciones en que se da, exigen una

mayor asistencia del mismo para poder mantener el alto grado de competencia

que se viene en el mercado de la energía eléctrica. La incorporación de un

ambiente de competencia y de figuras como la de los usuarios no regulados,

significan que las circunstancias en que se esta dando la relación proveedor-

usuario son mucho mas exigentes para las empresas prestadoras del servicio,

obligándolas a incentivar, en su ámbito institucional, una nueva cultura del

servicio.

Se ha incrementado la importancia del suministro de energía eléctrica porque se

ha convertido en parte indispensable del mundo moderno y en los procesos

industriales, dependientes de equipos basados en microelectrónica, que son mas

susceptibles a diversos tipos de perturbación.

El nuevo concepto de Calidad de Potencia Eléctrica, que ha evolucionado en la

última década a escala mundial, está relacionado con las perturbaciones

electromagnéticas que pueden afectar las condiciones eléctricas de suministro

(tensión y corriente) y ocasionar el mal funcionamiento o daño de procesos o

equipos eléctricos o electrónicos.

Por otro lado, la competencia por los mercados de la energía eléctrica está

haciendo cambiar las expectativas de los usuarios finales respecto a su

proveedor. Además de la comodidad en precios más bajos, los usuarios

comienzan a demandar un rango de servicios a la medida de sus necesidades

particulares, incluyendo mejoras en la calidad de la potencia eléctrica. De hecho,

la Calidad de la Potencia Eléctrica puede ser una de las pocas formas en que el

proveedor de energía eléctrica puede diferenciar un kilovatio - hora de otro, y el

usuario exigente considere el cambio a un proveedor que le garantice menos

cortes de servicio y señales de potencia menos contaminadas.



1.1 DEFINICION DE CALIDAD

La deficiencia en Calidad de Potencia es todo aquel apartamiento de tensión,

frecuencia o forma de onda que conduce al daño, falla o mal funcionamiento del

equipo de uso final.

1.2 HISTORIA

Muchas de las irregularidades presentes en la actualidad en nuestros sistemas

eléctricos, perturbaciones tales como debidas a tormentas eléctricas intensas,

cortocircuitos, cargas excesivas súbitas, etc., existen desde los inicios de la

utilización masiva de la energía eléctrica. La razón por la que ahora la calidad es

crítica en la difusión de equipos contaminantes, es el aumento de la sensibilidad

de aparatos de uso final y las mayores exigencias por parte del usuario1.

El real problema de contaminación armónica aparece a fines de los 70” y

principios de los 80” con la amplia difusión de la electrónica de potencia. En la

actualidad, se está produciendo una verdadera carrera entre la polución creada

por la electrónica de potencia por una parte y en el otro, el diseño de nuevos

dispositivos correctivos o de mitigación, basados en electrónica de potencia.

1.3 ¿POR QUE EL CONCEPTO ESTA PONIENDOSE MAS Y MAS FUERTE DIA

A DIA?

El equipo sensible se va a volver más sensible por razones de

competición de mercado.

1 Calidad de Suministro Eléctrico. Curso Tutorial II Congreso Internacional de la Región Andina.



Los equipos contaminantes continuarán contaminando mas debido al

aumento del costo de construcción del equipo de compensación y

también por la falta de fuerza de las reglamentaciones.

Los equipos sensibles y contaminantes se usarán mas, extendiendo su

aplicación no solamente a la industria y comercio sino prácticamente a

todas partes.

El rendimiento (ahorro de energía, uso de variadores de velocidad y

equipos de corrección del factor de potencia, los que aumentan la

inyección de armónicos en el sistema de potencia) y el costo se

consideran hoy casi con el mismo nivel en la toma de decisiones.

La desregulación y privatización exacerbará la situación debido a la

feroz competencia entre empresas eléctricas.

Las reglamentaciones o normas, los dispositivos de medición y las

técnicas de análisis se están volviendo cada día mucho más poderosas.

Elevado costo involucrado en cualquier problema de calidad de potencia,

debido a las pérdidas económicas causadas a las cargas industriales y

comerciales.

1.4 ¿COMO SE DESCUBRE LA PRESENCIA DE UN PROBLEMA DE CALIDAD DE POTENCIA?

Parpadeo de lámparas.

Frecuentes interrupciones.

Los equipos sensibles experimentan frecuentes salidas de servicio.

Los equipos sensibles pierden programas y ajustes con mucha

frecuencia.

Tensión contra tierra en lugares inesperados.

Interferencia de las comunicaciones.

Conductores sobrecalentados.

Transformadores con temperatura de trabajo excesiva.



Motores ruidosos.

Excesivo daño a equipos o reducida vida útil.

1.5 ARMONICOS

Los armónicos son voltajes o corrientes senoidales cuyas frecuencias son

múltiplos enteros de la frecuencia a la cual se ha previsto que opere el sistema de

suministro (determinada como la frecuencia fundamental; usualmente es 50 o 60

Hz)2. Las formas de onda distorsionadas pueden descomponerse debido a la

suma de la frecuencia fundamental y los armónicos. La distorsión armónica es

originada por los equipos y cargas de características no lineales en el sistema de

potencia.

Los niveles de distorsión armónica son descritos por el espectro armónico

completo con magnitudes y ángulos de fase para cada componente armónica

individual. Esto es algo común en el uso de cantidades simples. La Distorsión

Armónica Total (THD), es una medida del valor efectivo de distorsión armónica.

Por otro lado la norma IEEE 519-1992 define, la Distorsión Total de Demanda

(TDD). Este término es lo mismo que la distorsión armónica total excepto porque

la distorsión es expresada como un tanto por ciento la corriente de carga máxima,

o mejor como un porcentaje de la magnitud de la corriente fundamental. La

norma IEEE 519-1992 proporciona normas para los niveles de distorsión

armónica de corriente y voltaje en circuitos de distribución y transmisión.

2 DUGAN, Roger C. Electrical Power System Quality. Mc Graw Hill, 1996. p. 24.



Figura 1. Fundamental mas tercera armónica

1.5.1 Distorsión Armónica. La distorsión armónica describe la variación en

estado estacionario o continuo en la forma de onda de la frecuencia fundamental.

Para esta condición de estado estacionario las frecuencias son múltiplos enteros

de la frecuencia fundamental.

A continuación se muestran las ecuaciones de THD para tensión y corriente.

Para tensión: %100............

1

23

22 X

VVV

THDV

++=

Para corriente: %100............

1

23

22 X

III

THDI

++=

Para armónicas individuales: %1001

XVV

IHD nn =

Distorsión total de demanda: %100............

max

23

22 X

III

TDDdem−

++=



1.5.2 Armónicos en los sistemas eléctricos. El comportamiento de los

sistemas de potencia es determinado por todo el conjunto de los sistemas

eléctricos desde el generador hasta el dispositivo eléctrico final. Este sistema

puede ser dividido en dos componentes, el sistema eléctrico al interior de la

industria y el sistema de potencia de la empresa suministradora de energía. Cada

uno de ellos juega un papel importante en la correcta operación de los equipos

electrónicos que hacen parte de los procesos al interior de la industria. Los

problemas de potencia que se generan en cualquiera de los dos sistemas pueden

impactar drásticamente la productividad en una industria determinada.

1.5.3 Consecuencia de los Armónicos. El crecimiento sostenido de

consumos que incluyen conversores estáticos y otros del tipo no-sinusoidal, unido

al aumento de la utilización de bancos de condensadores de compensación del

factor de potencia, aumenta las fuentes de distorsión o sus consecuencias

negativas, tanto para el usuario como para la empresa responsable del suministro

eléctrico.

Entre los problemas mas frecuentes se pueden mencionar los siguientes:

Destrucción de condensadores por sobretensión.

Incendio de reactores por sobrecorriente.

Falla de interruptores por aumento súbito de la corriente.

Destrucción de cables por sobretensión.

Operación incorrecta de relés de protección.

Calentamiento de motores de inducción.

Oscilaciones mecánicas en motores y generadores.

Errores de medición de energía activa y reactiva.

Interferencias con sistemas de comunicación.

Aumento de pérdidas en conductores y máquinas eléctricas.



1.5.4 Efectos de los Armónicos

Condensadores:

El uso de capacitores en shunt para mejorar el factor de potencia y voltaje

tienen una influencia significativa sobre los niveles armónicos. Los

capacitores no generan armónicos, pero proporcionan formas de red para

posibles condiciones de resonancia. Si la adición de capacitores sintoniza

el sistema a una resonancia cercana a la frecuencia armónica presente en

la corriente de carga o el voltaje del sistema, grandes corrientes o voltajes

a esa frecuencia se producirán.

Interruptores y fusibles:

Existe alguna evidencia que la distorsión armónica de la corriente pueda

afectar la capacidad de interrupción de los interruptores de circuito. La

corriente de carga puede ser distorsionada y las fallas de bajo nivel pueden

contener altos porcentajes de corrientes de carga distorsionada.

Con respecto a los fusibles, debido a que ellos actúan térmicamente, ellos

son evidentemente dispositivos de sobrecorrientes eficaces. La unión de

algunos de estos fusibles consiste de muchas cintas que son susceptibles

al calentamiento por el efecto piel debido a corrientes armónicas.

Conductores:

Existen dos mecanismos en las cuales las corrientes armónicas pueden

causar calentamiento en conductores, el cual es mayor que el originado por

una corriente de valor eficaz. El primer mecanismo es debido a la

redistribución de corriente dentro del conductor e incluye el efecto piel y el

efecto proximidad. El efecto piel es debido al apantallamiento de la porción

más interna del conductor por la capa mas externa, la resistencia efectiva



del conductor aumenta. Este efecto se incrementa con la frecuencia y el

diámetro del conductor.

El efecto proximidad es debido al campo magnético de los conductores que

afectan la distribución de corriente en los conductores adyacentes. En

cables trenzados, el efecto es menos pronunciado que el efecto piel. La

envoltura metálica y conduit también contribuyen al efecto proximidad.

La otra forma de calentamiento de conductores debido a corrientes

armónicas causa altas corrientes anormales en el conductor de neutro de

un sistema de distribución trifásico de cuatro hilos alimentando cargas

monofásicas como fuentes de potencia conmutadas, producen corrientes

de tercer armónico significantes.

Iluminación:

Las lámparas incandescentes tienen una pèrdida de vida útil cuando

operan con voltaje distorsionado debido a que son muy sensibles al nivel

de tensión de operación. Si el voltaje de operación està por encima del

voltaje nominal debido a al distorsión armónica, la elevada temperatura del

filamento reducirá la vida útil de la bombilla.

Màquinas Rotativas:

La aplicación de voltajes no sinusoidales a màquinas eléctricas puede

causar sobrecalentamiento, torques pulsatorios o ruido. Además los

motores con velocidad variable están alimentados de inversores que

pueden producir distorsión significativa en voltaje. El sobrecalentamiento

del rotor ha sido el principal problema asociado a la distorsión del voltaje,

las pèrdidas en las màquinas depende del espectro de frecuencia y del

voltaje aplicado. Pèrdidas en el núcleo y por dispersión llegan a ser

significantes en un motor de inducción con rotor devanado. Un incremento



en la temperatura de operación del motor causa una reducción de su vida

útil, los motores monofasicos son los mas propensos a estos daños.

Transformadores:

El efecto primario de los armónicos sobre los transformadores es el calor

adicional generado por las pèrdidas debidas al contenido armónico de la

corriente. Otros problemas incluyen posible resonancia entre la

inductancia del transformador y la capacitancia del sistema, fatiga

mecànica del aislamiento debido a la variación periódica de la temperatura

y posibles vibraciones pequeñas del núcleo

1.5.5 Filtros de Armónicos. El uso de filtros de armónicos en sistemas de

potencia tiene dos objetivos: el principal es prevenir la entrada de

corrientes y voltajes armónicos desde agentes contaminantes al resto del

sistema; y proveer al sistema toda o parte de la potencia reactiva que este

necesita.

Los filtros de armónicos pueden ser, según el propósito particular que se

persigue, de dos tipos:

Filtros Series

Filtros Shunt

Los Filtros Series impiden el paso de una frecuencia particular (Armónica), desde

el contaminante hacia alguna componente de la planta o parte del sistema de

potencia, mediante la presencia de una gran impedancia serie a la frecuencia

especificada. Estos constan de un inductor y un capacitor en paralelo que se

posicionan en serie a la parte de la red que se desea proteger.



Los Filtros Shunt por su parte proveen un paso alternativo de muy baja

impedancia para las corrientes armónicas, y consisten en una rama resonante

serie compuesta por elementos RLC en conexión paralela con el sistema de

alimentación.

A continuación se presentan ciertas desventajas del filtro serie respecto del filtro

shunt.

El filtro serie debe ser capaz de soportar toda la corriente que proviene del

sistema de alimentación y debe ser aislado en todas sus partes por la

diferencia entre el voltaje total y la tierra. El filtro shunt puede ser

aterrizado y lleva solo la corriente armónica a la que fue sintonizado mas la

corriente fundamental, que es mucho menor que la que circula por el

circuito principal. Por esta razón, el filtro shunt es mucho mas barato que

uno serie de igual efectividad.

Los filtros serie, aunque pueden evitar la entrada de armónicos a cierta

parte de la red, no pueden impedir el paso de armónicos a la fuente de

alimentación, porque la producción de armónicos por componentes

contaminantes de la planta (como convertidores estáticos), son inherentes

al funcionamiento de estos equipos.

Finalmente, los filtros shunt tienen otra ventaja frente a los filtros serie; y

es que para frecuencia fundamental, los primeros proporcionan potencia

reactiva al sistema, mientras los segundos la consumen.

Estas condiciones hacen del filtro tipo shunt, el único utilizado en los sistemas

industriales en el lado AC de los convertidores estáticos. La configuración de

estos filtros se muestra en la figura 2.



Figura 2. Filtros pasivos shunt

Filtros Shunt Pasivos. Las configuraciones de filtros mas utilizados

corresponden a filtros sintonizados simples y los pasa altos. Existe una gran

variedad de configuraciones de filtros, pero persiguen las mismas características

de la respuesta de la impedancia versus frecuencia, que los dos tipos de filtros ya

mencionados; por lo que se analizarán en detalle solo estos.

Filtro sintonizado simple. El filtro sintonizado simple es utilizado para eliminar

una armónica determinada; este es uno de los mas simples y consiste en un

banco de condensadores conectado en serie con un inductor.

Este filtro se sintoniza a la frecuencia de la armónica que se desea eliminar, lo

que significa que para esta frecuencia, las reactancias de la inductancia y del

condensador se hacen iguales y por lo tanto se anulan, entonces la impedancia

que presentará el filtro para esta frecuencia es mínima (valor igual a la

resistencia), y absorberá la mayor parte de la corriente armónica contaminante.

El factor de calidad del filtro, es el que determina la filosidad de la característica

de impedancia, y hace que esta sea mas o menos estrecha o abrupta.



Ventajas

Proporciona una máxima atenuación para una armónica individual.

A frecuencia fundamental puede proporcionar la potencia reactiva

requerida en la red.

Tiene bajas pérdidas, las cuales están asociadas a la resistencia del

inductor y la resistencia del filtro.

Desventajas

Vulnerable a perturbaciones debido a tolerancias de elementos con la

temperatura o variaciones de frecuencia fundamental

Interactúan con la red originando una resonancia paralela al igual que un

banco de condensadores.

Filtro pasa altos. El filtro pasa altos de uso mas frecuente, dentro de los filtros

de característica amortiguada, es el de segundo orden. Estos son utilizados para

eliminar un amplio rango de frecuencias, y se emplean cuando los armónicos no

tienen frecuencia fija, lo que sucede comúnmente en los cicloconversores.

Este filtro, al igual que el sintonizado simple, se sintoniza a alguna frecuencia

específica; pero debido a que posee una característica amortiguada producto de

la resistencia en paralelo con la inductancia, presenta una baja impedancia para

la frecuencia de sintonía y superiores a esta. En otras palabras, absorbe

corrientes armónicas de frecuencias desde la de sintonía en adelante. Para

frecuencias menores a la de sintonía, el filtro presenta impedancias altas. El factor

de calidad de este filtro es bajo, y al igual que el sintonizado simple.



Ventajas

Atenúan un amplio espectro de armónicas de acuerdo a la elección del

valor de la resistencia, sin la necesidad de subdivisión en ramas paralelas.

Es muy robusto frente a perturbaciones, comparado con el filtro sintonizado

simple.

Desventajas

Origina una frecuencia de resonancia paralela al interactuar con la red.

Las pérdidas en la resistencia y en el inductor son generalmente altas.

Para alcanzar un nivel similar de filtrado (de una armónica específica), que el

sintonizado simple, el filtro pasa altos necesita ser diseñado para una mayor

potencia reactiva.

1.6 TRANSITORIOS

El término transitorio ha sido usado en el análisis de variaciones del sistema de

potencia para denotar un evento que es indeseable pero de condición

momentánea. La noción de un transitorio oscilatorio amortiguado la da una red

RLC, Esto piensan la mayor parte de los ingenieros en potencia cuando se

escucha la palabra transitorio.

Otra palabra de uso común que es a menudo considerada sinónimo de transitorio

es surge (aumento, elevación). En redes de distribución se puede pensar que un

surge es el transitorio resultante por la caída de un rayo, para lo cual se usa un

descargador de sobretensión como protección. Frecuentemente los usuarios

finales usan la palabra para describir las variaciones que observan en el



suministro de potencia, sin distinguir si es por sags, por swells o por

interrupciones. A causa de esto son muchas las equivocaciones potenciales con

esta palabra en el campo de la calidad de potencia.

Los transitorios pueden clasificarse en dos categorías, de impulso y oscilatorios.

Estos términos reflejan las ondas perfiladas de un transitorio de corriente o

voltaje.

1.6.1 Transitorios de impulso. Un transitorio de impulso es un cambio

repentino, a una frecuencia que no es la fundamental en condiciones de estado

estable, de voltaje, corriente o ambos y que es unidireccional en polaridad (ante

todo cualquiera de los dos, positivo o negativo). Los transitorios de impulso son

normalmente caracterizados por sus tiempos de cresta y cola, que pueden

también ser revelados por estos contenidos espectrales. Por ejemplo, un

transitorio de impulso de 1.2 * 50 µs, 2000 V normalmente asciende desde cero

hasta un valor pico de 2000 V en 1.2 µs, luego decae hasta la mitad del valor pico

en 50 µs.

La causa mas común de los transitorios de impulso son las descargas

atmosféricas. La figura 3 ilustra la corriente típica de un transitorio de impulso

causado por una descarga atmosférica.

Los transitorios de impulso pueden excitar la frecuencia natural de los circuitos del

sistema de potencia y producir transitorios oscilatorios.



Figura 3. Corriente producida por una descarga atmosférica.

1.6.2 Transitorios Oscilatorios. Un transitorio oscilatorio es un cambio repentino, a

una frecuencia que no es la fundamental en condiciones de estado estable, de voltaje, corriente ó ambos y que incluye valores de polaridad tanto positivos como

negativos. Un transitorio oscilatorio consiste de un voltaje o corriente cuyo valor instantáneo

cambia rápidamente de polaridad. Esto es descrito por los contenidos espectrales (frecuencia predominante), duración, y magnitud. Las clases de contenido espectral

definidas en la Tabla 1 son de alta, media y baja frecuencia. Los rangos de

frecuencia para estas clasificaciones fueron seleccionados para coincidir con tipos comunes de fenómenos por transitorios oscilatorios en el sistema de potencia.

Los transitorios oscilatorios con una componente de frecuencia primaria mayor que

500 KHz. y duración típica medida en microsegundos (o ciclos distintos de la frecuencia principal) son considerados transitorios oscilatorios de alta frecuencia.

Estos transitorios son, a menudo, el resultado de la reacción de una red local a un transitorio de impulso.

Un transitorio con una componente de frecuencia primaria entre 5 y 500 kHz con

duración medida en los diez microsegundos (o ciclos distintos de la frecuencia principal) es llamado un transitorio de frecuencia media.



Tabla 1. Principales fenómenos causados por disturbios electromagnéticos y

Clasificados por la IEC.

Armónicos, interarmonicos

Sistemas de señal (conductores de líneas de potencia)

Fluctuaciones de líneas de voltaje

Fenómenos conducidos a

baja

Interrupciones y dips de voltaje

frecuencia Voltaje desequilibrado

Variaciones de frecuencia del sistema

Voltajes inducidos a baja frecuencia de redes d.c. en a.c.

Fenómenos radiados a baja Campos magnéticos

Frecuencia Campos eléctricos

Voltajes o corrientes por ondas continuas inducidas (CW)

Fenómenos conducidos a

alta

Transitorios unidireccionales

frecuencia Transitorios oscilatorios

Campos magnéticos

Campos eléctricos

Fenómenos radiados a alta Campos electromagnéticos

frecuencia Ondas continuas

Transitorios

Fenómenos de descarga electrostática

Pulso nuclear electromagnético

Fuente: DUGAN, Roger. Electrical power systems quality.



Los transitorios de frecuencia media pueden originarse al estar un sistema

respondiendo a un transitorio de impulso.

Un transitorio con una componente de frecuencia primaria menor que 5 KHz., y

una duración de 3 a 5 ms, es considerado un transitorio de baja frecuencia.

Esta categoría de fenómeno es frecuentemente encontrada en los sistemas de

subtransmision y distribución de las empresas de servicios públicos y es causada

por muchos tipos de eventos. Lo más frecuente es la energización de un banco

de condensadores, de lo cual típicamente resulta un transitorio de voltaje

oscilatorio con una frecuencia primaria entre 300 y 900 Hz.

Figura 4. Transitorio oscilatorio causado por la energización de un banco de

capacitores

1.6.3 Sags (dips). Un sag es una disminución entre 0.1 y 0.9 p.u. del voltaje o corriente

r.m.s. a la frecuencia del sistema, con duración de 0.5 ciclos a 1 minuto.

En el campo de la Calidad de Potencia se ha usado el término sag por muchos años

para describir una disminución en el voltaje de corta duración. Aunque el término no ha

sido formalmente definido, este ha sido muy aceptado y usado por empresas de servicio

público, fabricantes y los usuarios finales. La definición de la IEC para este fenómeno es



dip. Los dos términos son considerados intercambiables, siendo sag el sinónimo más

utilizado en nuestra comunidad.

El término sag es con frecuencia confuso, cuando es usado para describir la magnitud de

un voltaje. Un "sag 20%" puede referirse a un sag el cual resulta en un voltaje de 0.8

p.u., ó 0.2 p.u. Cuando no se especifica de otro modo, un sag 20% podría ser

considerado un evento durante el cual el voltaje r.m.s. disminuye 20%; es decir, a 0.8

p.u.

1.6.3.1 Causas de sag de voltaje. Los Sags son decrementos instantáneos (0.5-30

ciclos), momentáneos (30 ciclos-3 seg.) o temporales (3 seg.-1 min.)3 en la magnitud rms

del voltaje, usualmente causados por fallas remotas (rayos, animales, etc.) en algún

lugar sobre el sistema de potencia, pero también pueden ser causados por maniobra de

grandes cargas o arranque de grandes motores al interior de la industria.

Los sags de voltaje son uno de los más importantes problemas de calidad de potencia

que impacta a muchas de las industrias de nuestro medio.

Los equipos actualmente usados en las plantas industriales modernas (controladores de

procesos, PLC, variadores de velocidad, robòtica, inversores) se están haciendo más

sensibles a los sags de voltaje a medida que la complejidad de estos equipos aumenta.

Aún los relés y contactores que hacen parte de los arrancadores de motores pueden ser

sensibles a los sags de voltaje resultando en paros no programados de los procesos.

1.6.3.2 Sensibilidad de las cargas a sags de voltaje. Los sags de voltaje no son un

problema a menos que ellos causen una mala operación en los equipos. Esto depende

de la sensibilidad del equipo a los eventos de sags de voltaje (Ride trough

Characteristics). Las cargas importantes que pueden ser impactadas por sags incluyen:

Motores, elementos calentadores y otras cargas trifásicas que pueden estar

Conectadas directamente al barraje de bajo voltaje.

Variadores de velocidad y otros dispositivos electrónicos de potencia que usan

3 IEEE 1159. Recomendaciones Practicas para el monitoreo de la calidad de potencia eléctrica. Nueva York: IEEE 1995



Potencia trifásica.

iluminación que a menudo utiliza conexión monofásica.

Dispositivos de control como computadoras, contactores. Los controladores

Lógicos programables, PLC, son a menudo alimentados a través de

Transformadores de control monofásicos.

Diferentes categorías de equipos y aun diferentes marcas de equipos dentro de la misma

categoría (ejemplo, dos modelos diferentes de variadores de velocidad) tienen

significativamente diferentes sensibilidades a los sags de voltaje. Esto hace difícil

desarrollar una única norma o estándar que defina la sensibilidad del equipo de un

proceso industrial.

Figura 5. Depresión de Voltaje, Forma de onda de un sag.

1.6.4 Swell. Un Swell es definido como un incremento entre 1.1 y 1.8 p.u. en el voltaje o

corriente r.m.s. a la frecuencia del sistema con duración de 0.5 ciclos a 1 minuto.

Como con los sags, los swells son usualmente asociados con condiciones de falla del

sistema, pero ellos no son tan comunes como los sags. Una forma en que puede ocurrir

un swell es la subida temporal del voltaje nominal en las fases durante una falla línea-

tierra. Los Swells pueden ser causados por desconectar una carga grande o por la

energización de un gran banco de condensadores.



Los swell son caracterizados por su magnitud (valor rms) y duración. La magnitud de un

swell de voltaje durante una condición de falla es una función de la localización de la

falla, la impedancia del sistema y la tierra. Sobre un sistema sin tierra, con una

impedancia de secuencia cero infinita, el voltaje de la línea a tierra sobre las fases sin

aterrizar será de 1.73 por unidad durante una condición de falla línea-tierra.

Cerca de la subestación, sobre un sistema a tierra, habrá poco o ningún incremento

sobre las fases sin falla porque el transformador de la subestación es comúnmente

conectado en ∆-Y, proporcionando una baja impedancia de secuencia cero al camino de

la corriente de falla.

Figura 6. Dilatación de Voltaje (Swell)

1.7 NORMALIZACION

Desde la década de los 80, con el incremento en el uso de instrumentos de electrónica

de potencia en las plantas industriales, se despertó el interés de conservar las

condiciones en las señales de corriente y voltaje. Entidades nacionales e internacionales

definieron normas en las cuales se establecen recomendaciones y requerimientos para el

control de armónicos y la variación de los valores nominales de la corriente y el voltaje.

En este trabajo se adoptaron las normas internacionales de la IEEE que definen



parámetros relacionados con los temas en estudio. En cuanto a las normas nacionales,

la resolución 070 de la CREG del año 98 establece el reglamento de distribución de

energía eléctrica, como parte del reglamento de operación del sistema interconectado

nacional. En ella se define que los límites de distorsión armónica para los usuarios y las

empresas suministradoras del servicio de energía, no deben sobrepasar los establecidos

en la norma IEEE 519; por esta razón, en este trabajo solo se presentan los límites y

requerimientos establecidos en las normas internacionales descritas a continuación.

1.7.1 IEEE 519: Recomendaciones Prácticas y Requerimientos para el Control de

Armónicos en Sistemas Eléctricos de Potencia. El aumento en el uso de convertidores

estáticos, tanto en equipos de control industrial como en aplicaciones domésticas,

combinado con el aumento en el uso de los condensadores para el mejoramiento del

factor de potencia, han creado problemas generalizados. Debido a lo extenso de estos

problemas, ha sido necesario desarrollar técnicas y lineamientos para la instalación de

equipos y control de armónicos. Este segmento discute esos lineamientos y su

importancia en el diseño de sistemas.

Las normas estadounidenses con respecto a los armónicos han sido agrupadas por la

IEEE en la norma 519: IEEE Recomendaciones Prácticas y Requerimientos para el

Control de armónicas en Sistemas Eléctricos de Potencia. Existe un efecto combinado de

todas las cargas no lineales sobre el sistema de distribución la cual tienen una capacidad

limitada para absorber corrientes armónicas. Adicionalmente, las compañías de

distribución tienen la responsabilidad de proveer alta calidad de abastecimiento en lo que

respecta al nivel del voltaje y su forma de onda. IEEE 519 hace referencia no solo al nivel

absoluto de armónicos producido por una fuente individual sino también a su magnitud

con respecto a la red de abastecimiento.

El propósito de la IEEE 519 es el de recomendar límites en la distorsión armónica según

dos criterios distintos, específicamente:

1. Existe una limitación sobre la cantidad de corriente armónica que un consumidor

puede inyectar en la red de distribución eléctrica.



2. Se establece una limitación en el nivel de voltaje armónico que una compañía de

distribución de electricidad puede suministrar al consumidor.

1.7.1.1 Lineamientos para Clientes Individuales. El límite primario de los clientes

individuales es la cantidad de corriente armónica que ellos pueden Inyectar en la red de

distribución. Los límites de corriente se basan en el tamaño del consumidor con respecto

al sistema de distribución. Los clientes más grandes se restringen más que los clientes

pequeños. El tamaño relativo de la carga con respecto a la fuente se define como la

relación de cortocircuito (SCR), en el punto de acoplamiento común (PCC), que es donde

la carga del consumidor se conecta con otras cargas en el sistema de potencia. El

tamaño del consumidor es definido por la corriente total de frecuencia fundamental en la

carga, IL, que incluye todas las cargas lineales y no lineales. El tamaño del sistema de

abastecimiento es definido por el nivel de la corriente de cortocircuito, Isc, en el PCC.

Estas dos corrientes definen el SCR:

ILIsc

MVAenacMVAitocortocircudePotencia

SCR ==arg

Una relación alta significa que la carga es relativamente pequeña y que los límites

aplicables no serán tan estrictos como los que corresponden cuando la relación es mas

baja. Esto se observa en la tabla 2, donde se recomiendan los niveles máximos de

distorsión armónica en función del valor de SCR y el orden de la armónica. La tabla

también identifica niveles totales de distorsión armónica. Todos los valores de distorsión

de corriente se dan en base a la máxima corriente de carga (demanda). La distorsión

total está en términos de la distorsión total de la demanda (TDD) en vez del término más

común, THD.

La tabla 2 muestra los límites de corriente para componentes de armónicas individuales

así como también la distorsión armónica total. Por ejemplo un consumidor con un SCR

entre 50 y 100 tiene un límite recomendado de 12.0% para TDD, mientras que para

componentes armónicas impares individuales menores a 11, el límite es del 10%.



Tabla 2. IEEE 519 Límites en la Distorsión de la Corriente.

Límites de Corriente Armónica para Carga no lineal en el Punto Común de

acoplamiento con Otras Cargas, para voltajes entre 120 - 69,000 Voltios.

Máxima Distorsión Armónica Impar de la Corriente, en % del Armónico

Fundamental

ISC/IL <11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h TDD <20* 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.0 20<50 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.0 50<100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12..0 1 0CX 1000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0 >1000 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0

Límites de Corriente Armónica para Carga no lineal en el Punto Común de acoplamiento con Otras Cargas, para voltajes entre 69,000 -161,000

voltios.


Fundamental

ISC/IL <11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h TDD <20* 2.0 1.0 0.75 0.3 0.15 2.5 20<50 3.5 1.75 1.25 0.5 0.25 4.0 50<100 5.0 2.25 2.0 0.75 0.35 6.0 100<1000 6.0 2.75 2.5 1.0 0.5 7.5 >1000 7.5 3.5 3.0 1.25 0.7 10.0



Límites de Corriente Armónica para Carga no lineal en el Punto Común de acoplamiento con Otras Cargas, para voltajes > 161,000 voltios.


fundamental

ISC/IL <11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h TDD <50 2.0 1.0 0.75 0.30 0.15 2.5 ≥50 3.0 1.5 1.15 0.45 0.22 3.75

Los armónicos pares se limitan al 25% de los límites de los armónicos impares

Mostrados anteriormente

*Todo equipo de generación se limita a estos valores independientemente del

valor de lsc/lL que presente

Donde Isc = Corriente máxima de cortocircuito en el punto de acoplamiento común.

IL = Máxima demanda de la corriente de carga (a frecuencia fundamental) en el

punto de acoplamiento común.

TDD = Dis tors ión total de la demanda (RSS) en % de la demanda máxima .

Fuente: IEEE 519. Recommended practices and requirements for harmonic control in electrical power system.

Es importante notar que la Tabla 2 muestra únicamente los límites para armónicos

impares. IEEE 519 da lineamientos para los armónicos pares limitándolos al 25% de

los impares, dentro de la misma gama. El armónico par es el resultado de una onda

de corriente asimétrica (con forma diferente a la positiva y negativa) que puede

contener componentes DC que saturarán los núcleos magnéticos.

1.7.1.2 Los lineamientos para las compañías de electricidad. El segundo

conjunto de criterios establecido por IEEE 519 se refiere a los límites de distorsión

del voltaje. Estos rigen la cantidad de distorsión aceptable en el voltaje que entrega

la compañía de electricidad en el PCC de un consumidor. Los límites armónicos de

voltaje recomendados se basan en niveles lo suficientemente pequeños como para



garantizar que el equipo de los suscriptores opere satisfactoriamente. La Tabla 3

enumera los límites de distorsión armónica de voltaje según IEEE 519.

Tabla 3. Límites de distorsión de Voltaje según IEEE 519

Voltaje de barra en el

punto de acoplamiento común

Distorsión individual

de tensionVoltaje (%)

Dis tors ión total del

voltaje THD (%)

Hasta 69 KV 3.0 5.0 D e 6 9 KV a 1 3 7 .9 KV 1.5 2.5

138 KV y más 1.0 1.5 Nota: Los sistemas de alto voltaje pueden llegar hasta un 2.0% en THD

cuando lo que causa es un alto voltaje terminal DC, el cual podría ser

atenuado Fuente: IEEE 519. Recommended practices and requirements for harmonic control in eléctrical power system.

Como es común, los límites se imponen sobre componentes individuales y sobre la

distorsión total para la combinación de todos los voltajes armónicos (THD). Lo

diferente en esta tabla, sin embargo, es que se muestran tres límites diferentes.

Ellos representan tres clases de voltaje; < 69 KV, de 69 a 137.9 KV, y > 138 KV.

Obsérvese que los límites disminuyen cuando el voltaje aumenta, al igual que para los

límites de corrientes.

Los armónicos pares individuales se limitan a un 25% de los límites armónicas impares,

al igual que sucede con las corrientes.

Es muy común que los alimentadores de las compañías de electricidad alimenten a más

de un consumidor. Los límites de distorsión de voltaje mostrados en la tabla no deberían

excederse mientras todos los consumidores conectados no superen los límites de

inyección de corriente. Cualquier consumidor que degrade el voltaje en el PCC deberá

corregir el problema. Sin embargo, el problema de distorsión de voltaje es uno para la

comunidad entera de consumidores en la actualidad.



1.7.2 IEEE 1159: Recomendaciones prácticas para el monitoreo de la calidad de la

potencia eléctrica. La tabla 4 muestra la categorización de los fenómenos

electromagnéticos usados en el campo de la calidad de la potencia. Los fenómenos

listados en la tabla se describen por un listado adicional de atributos apropiados.

Para fenómenos de estado estable, los siguientes atributos pueden ser usados:

Amplitud

Frecuencia

Espectro

Modulación

Impedancia de la fuente

Profundidad de dentado

Área de dentado

Para fenómenos de estado no estable, otros atributos pueden ser requeridos:

Relación de subida

Amplitud

Duración

Espectro

Frecuencia

Relación de ocurrencia

Energía potencial

'Impedancia de la fuente

La tabla 4 suministra información en cuanto a un contenido espectral típico, duración,

y magnitud donde es apropiado para cada categoría de fenómeno electromagnético4.

Las categorías mostradas en la tabla 4, cuando se usan con los atributos

mencionados anteriormente, proporcionan un medio para describir claramente un

disturbio electromagnético. Estas categorías y descripciones son importantes en el

orden que pueden clasificar los resultados de las mediciones y describir los

fenómenos electromagnéticos que pueden causar problemas en la calidad de la

potencia. 4 DUGAN, Op. Oit., p. 11.



Tabla 4. IEEE 1159 Categorías y características de los fenómenos

electromagnéticos en sistemas de potencia. Categorías

Contenido

espectral típico

Duración típica

Magnitud del

voltaje típico 1 .0 Transitorios 1.1 Impulso 1.1.1 Nanosegundos 5 ns de subida < 50 ns 1 .1 .2 Microsegundos 1 us de subida 50 ns - 1 ms 1.1.3Milisegundos 0,1 ms de subida > 1 ms 1 .2 Oscilaciones 1 .2.1 Baja frecuencia <5k H z 0,3 - 50 ms 0-4 pu 1 .2.2 Media frecuencia 5-500 kHz 20 us 0-8 pu 1 .2.3 Alta frecuencia 0,5-5 MHz 5 us 0-4 pu 2.0 Variaciones de corta duración 2.1 Instantáneas 2.1.1 Sags 0 ,5-30 ciclos 0, 1-0,9 pu 2.1.2Swells 0 ,5-30 ciclos 1,1-1, 8 pu 2.2 Momentánea 2.2.1 Interrupción 0,5 ciclos - 3 s < 0,1 pu 2.2.2 Sags 30 ciclos - 3 s 0,1-0,9 pu 2.2.3 Swells 30 ciclos - 3 s 1,1-1, 4 pu 2.3 Temporales

2.3.1 Interrupción 3 s - 1 m < 0,1 pu 2.3.2 Sag 3 s - 1 m 0,1-0,9 pu 2.3.3 Swell 3 s - 1 m 1,1-1,2pu 3.0 Variaciones de larga duración 3.1 Interrupción sostenida > 1 m 0-0 pu 3.2 Subvoltaje > 1 m 0,8-0,9 pu 3.3 Sobrevoltaje > 1 m 1,1-1,2pu 4.0 Desbalance de voltajes Estado estable 0,5-2 % 5.0 Distorsión en la forma de onda 5.1 offset DC Estado estable 0-0,1 % 5.2 Armónicos 0-100th h Estado estable 0-20% 5.3 Interarmónicos 0,6 kHz Estado estable 0-2 % 5.4 Muescas Estado estable 5.5 Ruido Banda - Ancha Estado estable 0-1 % 6.0 Fluctuaciones de voltaje <2 5 H z Intermitente 0,1-7% 7.0 Variaciones de frecuencia < 10s Fuente: IEEE 1159. Recommended practices for monitoring electric power quality.



En la tabla 5 se resumen los principales aspecto de evaluación de la calida de potencia

eléctrica y sus límites permisibles, los cuales son utilizados como parámetros de

evaluación.

Tabla 5. Rangos típicos de entrada y parámetros de la carga para la calidad de potencia

eléctrica (ANSI / IEEE STD 446187 P.73.)

Parámetros1 Rango o máximo

1- regulación de tensión en estado estable

+5%, -10% Norma NTC 1340.+10%,-15%, (ANSI C84.1-1970 +6%,-13%)

2- Disturbios en tensión subestaciones momentáneas

-25% a 30% para tiempos menores a 0.5s. Es aceptable el 100% para tiempos entre 4 a 20 ms

Sobretensiones transitorias + 150% a 200% para tiempos menores a 0.2 ms

3- Distorsión armónica en tensión2 3 a 5% con cargas lineales 4- Ruido No específica 5- Fluctuaciones en frecuencia 60 Hz +/- 0.5 Hz a +1-1 HZ 6- Razón de cambio en la frecuencia 1 Hz / s 7- Desbalance de tensión en sistemas trifasicos3

2.5 a 5%

8- Desbalance de carga en sistemas trifasicos4

5 a 20% máximo para cualquiera de las fases

9- Factor de potencia 0.8 a 0.9 (para Colombia 0.9) 10- Demanda de carga 0.75 a 0.85 (de la carga conectada) Fuente: IEEE 1159. Recommended practices for monitoring electric power quality.

1 Los parámetros 1, 2, 5 y 6 dependen de la fuente de poder, mientras que los

parámetros 3, 4 y 7 son el producto de la interacción de la fuente y la carga, y

los, parámetro 8, 9 y 10 dependen de la carga.

2 Se calcula como la suma vectorial de todos los voltajes.

3 Calculada como se presenta a continuación:

Desbalance del voltaje de fase (%) = VcVbVa

VV++

− min)max(3 *100

4 Calculada como la diferencia de la carga monofásica promedio.



La tabla 6 muestra la distorsión armónica total de tensión (TDD) y sus valores

recomendados de acuerdo con el rango de tensión en el punto de acoplamiento

común.

Tabla 6. Límites de distorsión de tensión según la Guía IEEE 519-1992

Tensión en el PCC (Kv) Distorsión Individual (%) TDD (%)

69 y menor 3.0 5.0

69,001 a 161 1.5 2.5

161,001 y mayor 1.0 1.5

Fuente: IEEE 1159. Recommended practices for monitoring electric power quality.

La tabla 7 lista los límites de corriente armónica basados en el tamaño de la carga con

respecto al tamaño del sistema de potencia al cual la carga está conectada.

Tabla 7. Limites de distorsión de corriente para sistemas de distribución

(120 V a 69000 V) según la Guía IEEE 5-19 – 1992.

ISC/IL <11 11<h<17 17<h<23 23<h<35 35<h TDD

<20 4 2 1.5 0.6 0.3 5

20<50 7 3.5 2.5 1 0.5 8

50<100 10 4.5 4 1.5 0.7 12

100<1000 12 5.5 5 2 1 15

>1000 15 7 6 2.5 1.4 20

Fuente: IEEE 1159. Recommended practices for monitoring electric power quality.



2. PROTEINAS Y ENERGETICOS DE COLOMBIA

PROTEICOL S.A.

2.1 HISTORIA

La empresa fue fundada en 1975 como sociedad limitada con capital colombo

panameño. Fue una empresa pionera en el procesamiento de subproductos

animales en el país y se destacó por la compra de tecnología de punta. En 1986

la sociedad se transformó a sociedad anónima. En el 2003 la empresa obtuvo el

registro ICA como productor de harinas de origen animal.

2.2 CAPACIDAD

La planta tiene capacidad instalada para procesar 100 ton/día de subproductos

animales. Tiene una producción mensual de 700 ton de premezclas para

alimentación animal

2.3 SUMARIO DE ACTIVIDADES

PROTEICOL S.A. compra a las plantas de sacrificio de especies avícolas,

bovinas y porcinas, y a intermediarios, los subproductos animales obtenidos

durante el proceso de sacrificio como son: Plumas, sangre, huesos, y vísceras.

Estos materiales son recogidos por camiones de la compañía y llevados a la

planta donde son clasificados y procesados de acuerdo al tipo de producto que se

desee obtener como se muestra en la figura 1.

Figura 7. Diagrama Proceso Producción.

Hidrólisi s seca

Hidrólisis Humeda Mezcl ado

Extraccion grasa

Secado

Molienda

Tamizado

Enfri amientoMateria Prima

Producto Terminado

Empaque



El 80% de la producción de la planta corresponde a la premezcla base carne, el

20% restante se divide entre la premezcla base sangre, el sebo fundido y el

hueso vaporizado él cual es un producto intermedio y se usa en la fabricación de

la base de carne. Los productos de la empresa son comprados por empresas de

concentrados, granjas avícolas y distribuidoras de insumos agrícolas. El producto

se distribuye a nivel nacional, sin embargo el mayor porcentaje de la producción

se consume en Antioquia.

2.4 MISION

La misión de PROTEICOL S.A. es ser el proveedor líder de proteínas animales

para la industria de alimentos balanceados en la zona centro del país. Para ello

PROTEICOL S.A. fortalecerá su compromiso de proveer bases proteìnicas de

acuerdo a la especificaciones de los clientes implementado procesos mas

eficientes mediante el uso de tecnología de punta. Como empresa comprometida

con la protección del medio ambiente seguirá controlando sus efluentes y

emisiones para contribuir a mitigar el impacto de la actividad industrial en la zona

del Muña.

2.5 VISION

Mediante la implementación de líneas para el procesamiento por separado de las

materias primas la empresa planea disminuir a lo largo del 2005 la elaboración de

la base de carne hasta llevarla al 20% de su producción total. Para Diciembre de

2005 se tendrá a disposición de los clientes las premezclas base vísceras de

pollo, base pollo, base pluma y base sangre de pollo con lo que se espera llegar

al 25% de la participación en el mercado de bases proteìnicas de origen animal

de la zona centro del país. Paralelo al desarrollo de los nuevos productos, la

empresa comenzará un proceso de mejoramiento de sus procesos e instalaciones



con miras a implementar un sistema de aseguramiento de la calidad para Julio del

2006. Para el 2008 PROTEICOL S.A. estará posicionado como el proveedor líder

de bases proteinicas de origen animal a nivel nacional.

2.6 PLANTA PROTEICOL

Esta planta està ubicada en Kilómetro 1 vía a Silvania, diagonal a Icollantas. Esta

planta fabrica base proteínica de origen animal la cual es utilizada para la

fabricación de concentrado para caballos, vacas, perros, gatos etc.

2.6.2 DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS DE PRODUCCIÓN

Actualmente PROTEICOL S.A. procesa subproductos de plantas de sacrificio

avícola y bovino para obtener los siguientes tipos de premezclas:

1. Premezcla base pluma

2. Premezcla base carne

3. Premezcla base sangre

4. Premezcla base hueso vaporizado

1. Proceso premezcla base pluma:

La pluma fresca, con un contenido de humedad del 60 al 70%, se alimenta al

digestor del cual se obtiene un producto con el 30% de humedad. Este producto

intermedio se somete a secamiento para reducir el nivel de humedad del 8 a 10%.

Se adiciona como biocida Luctasalm y se procede a la homogenización. La

premezcla se empaca en sacos de polipropileno de 40 kg.



2. Proceso premezcla base carne

Los subproductos de matadero se alimentan al digestor de acuerdo a

proporciones determinadas por el departamento de producción de la empresa. El

proceso es tipo batch y la carga de cada digestor es de 2800 a 3000 kg/ batch.

El proceso se divide en dos etapas: Esterilización y secado. De acuerdo a las

necesidades de producción el secado se lleva a cabo en dos partes:

Inicial: En el digestor, hasta una humedad del 25 al 30%,

Final: En el secador rotatorio, hasta una humedad del 10% al 12%

Luego del secado la premezcla pasa al molino de martillos donde se obtiene un

tamaño de partícula de 3.5 mm y una humedad final del 8%. Se adiciona a la

premezcla Luctasalm, a razón de 5 kg. por tonelada, y se somete a un proceso de

homogenización. La presentación final del producto es en sacos de polipropileno

de 50 kg.

3. Premezcla base sangre

La sangre de bovino, con un 82 % de humedad, se mezcla con un 2% en peso de

hueso de bovino crudo y se somete a secamiento durante 8 horas. Al culminar el

proceso la humedad està entre el 8 y 10%. La premezcla se somete a zarandeo

para obtener un tamaño de partícula de 0.5 mm. El Luctasalm se agrega en

proporción de 1:200 en peso. La premezcla se somete a un proceso

homogenización y luego se empaca en sacos de polipropileno de 50 kg.

4. Premezcla base hueso vaporizado

Para la extracción de sebo, el hueso de bovino se vaporiza a 75 lb/in2 durante una

hora por tonelada de hueso fresco. El residuo del proceso es hueso vaporizado



con un 30% de humedad. El hueso se somete a secamiento en los digestores

hasta alcanzar una humedad de máximo el 5 %. El producto luego se muele y se

empaca en lonas de polipropileno de 50 kg

2.7 LEVANTAMIENTO DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS

Durante el desarrollo del proyecto se realizaron levantamientos de información

sobre los diferentes equipos eléctricos que se encuentran instalados en la planta

y de los cuales no se tenía información precisa. En esta sección se presentan

algunas tablas que describen las características mas importantes de la planta.

2.7.1 DESCRIPCION GENERAL DE EQUIPOS E INSTALACIONES

Las instalaciones de la planta de PROTEICOL S.A. constan de una bodega de

768 m2 con un entresuelo de 217 m2. Cuenta con tres áreas cubiertas adicionales

de 100 m2, 320 m2 y 144 m2, en las cuales se encuentran ubicadas las zonas de

recibo, sistema de condensación y producción de sebo respectivamente. En la

tabla No. 6 se describen los equipos con que cuenta la planta, por zona de

producción



Tabla No. 8 Descripción de equipos.

Área Zona de Producción

m2 Equipos Cantidad

Producción Premezcla base carne

Digestión 140 Digestores 7

Secador rotatorio a vapor 1

Hidrolizador 1 Secado e hidrólisis de

pluma 191.5

Transportador sinfín 2

Molino de martillos 2 Molienda 49

Transportador sinfín 1

Mezcladora vertical 1

Transportador sinfín 1 Empaque y

almacenamiento 325

Báscula electrónica 1

Producción sebo

Autoclave con serpentín 2

Autoclave vapor directo 1

Tanques lavado 3 Extracción 144

Bomba para sebo 1

Secador 1

Tanques almacenamiento 5 Secado y

almacenamiento

Bomba para sebo 1

Equipos Auxiliares

Generación de vapor Calderas pirotubulares a carbón 4

Suministro de energía Subestación eléctrica 500 KVA 1

Suministro de agua Bomba sumergible 1



Para el tratamiento de efluentes Proteicol S.A. cuenta con los siguientes equipos

adicionales:

Tipo de efluente Equipo Cantidad

Ciclón 2 Gases de combustión

Ventilador de tiro inducido 1

Tanque de homogeneización 1

Tanque tratamiento 6

Sedimentador 1 Aguas de proceso

Aireador 1

Ciclón 5

Aerocondensador 2 Vapores de proceso

Intercambiador de calor 1

En la tabla No. 7 se muestra la descripción de los principales motores de la planta

Tabla No 9 Descripción principales motores

SECCION MOTOR POTENCIA

(HP)

CORRIENTE

(A)

Mezclador 12 16.5 Mezcladora

Trans. mezclador 3 4.42

Elevador 3 4.42 Descarga material

Trans. canecas 2.5 3

Molino 50 55

T. saca molino 3 4.4 Molino

T. alimenta molino 3 4.4

Secadora Secadora 6.6 8.2

Transportador Transportador 3 4.4



1 50 64

2 50 64

3 50 64

4 50 64

Cooker

5 50 64

Alimentador 7 10

Agitador 15 20 Hidrolizado

Hidrolizadora 50 64

1 5 7.5 Compresores

2 6.6 10

1 12 16.9

2 12 16.9

3 15 20 Calderas

4 25 32.8

1 7.5 13.7

2 7.5 13.7

3 12 16.9 Extractores

Quebrador 50 60

Bomba 6.6 10

Agitador 2.5 3 Ácidos grasos

Barreno 12 16.5

Bomba 17 10

Polipasto 4 5.5 Auto Clave

Elevador 4 5.5

1 3 4.4

2 3 4.4 Aguas Residuales

3 3 4.4

Extractor Extractor 2.5 3



Soldador 40 50

Esmeril 6.6 10

Tala árbol 2 3

Otro 4 5.5

Taller

Otro 10 13.7

Además la subestación de la planta cuenta con dos transformadores: uno de 500 kVA

y el otro de 50 kVA los cuales se describen en la tabla No 8.

Tabla No 10 detalles transformadores

CARACTERISTICAS TRAFO 1 TRAFO 2

Potencia (KVA) 500 50

No. fases 3 3

Tensión Primario 13.2/11.4 kV 440 V

Tensión Secundario 456/263 V 225/130 V

Corriente Primario (A) 21.87 65.6

Corriente Secundario 633/547 128.5

Frecuencia (Hz) 60 60

Tipo Ckoum 652 seco



2.7.2 CARACTERIZACIÓN DE LA EMPRESA:

PROTEICOL S.A. Es una empresa que ha crecido de una forma empírica y nunca ha

tenido una planeación previa. Esto se ve reflejado en sus instalaciones eléctricas,

principalmente en la subestación en donde la capacidad instalada ya superó la

capacidad del transformador, las bandejas portacables son inadecuadas para este

tipo de plantas en donde la contaminación es bastante grande. Una muestra de esto

es la pérdida de tensión entre la salida del transformador y las cargas, que varía

entre 20 y 25 voltios. Esto se debe al sobrecalentamiento de los conductores en

estas bandejas. Los tableros de distribución son inadecuados aparte que no están

aterrizados y los sistemas de mando y control de los motores son muy viejos y

defectuosos (interruptores puenteados entre las fases, reles térmicos y contactores

mal instalados etc.), el neutro de la subestación está unido con la tierra, los vasos de

los condensadores se encuentran sueltos. Por esto y mucho mas se puede

diagnosticar como crítico el sistema eléctrico de la planta, por este motivo se

recomendó la realización de una termografía la cual se llevó a cabo el día 27-08 2005

por medio de una empresa prestadora de este servicio. Los resultados de esta

termografía los veremos mas a delante.

2.8 DIAGRAMA UNIFILAR

El diagrama unifilar de PROTEICOL S.A. se levantó completamente, desde la

entrada de media tensión hasta los tableros generales de distribución. En el

levantamiento se especifica: nombre del circuito, capacidad de la protección, calibre

de los conductores, capacidad de los motores.



Este diagrama unifilar fue de gran ayuda en el desarrollo del proyecto, pues gracias a

esto se facilitó la ubicación de los diferentes equipos dentro de la empresa, el

conocimiento de las características de cada uno de ellos y la distribución de la carga

que se tiene.

El levantamiento del diagrama unifilar se inició con la identificación de los equipos de

la subestación y a revisar si los datos eran reales, luego se procedió a revisar los

tableros de distribución y sus respectivas cargas, el calibre de los conductores y la

capacidad de las protecciones. Este diagrama lo podemos encontrar en el ANEXO

A.



3. MEDICIONES REALIZADAS Y DATOS OBTENIDOS

Uno de los objetivos específicos de este trabajo de grado, era realizar mediciones en

las instalaciones eléctricas de PROTEICOL S.A., con el fin de conocer los niveles

que se tienen de distorsión armónica y transitorios electromagnéticos en las

instalaciones y equipos.

Con el analizador de redes de la universidad se monitorearon los parámetros de

distorsión armónica, de acuerdo con los niveles establecidos por las

recomendaciones de IEEE tenidas en cuenta en la realización de este estudio. Con

el analizador de redes AEMC se registraron los siguientes parámetros eléctricos:

corrientes fundamentales, distorsión armónica total de corriente (THDI), distorsión

armónica total de voltaje (THDV), corrientes y voltajes armónicos del 2° al 50°

armónico, análisis de la frecuencia.

Estos parámetros fueron medidos en el secundario del transformador para

determinan si la empresa le suministra armónicos a la red, en una de las cargas más

grandes para mirar si es generadora de armónicos y en el banco de condensadores.

Las mediciones fueron realizadas en el mes de Abril del presente año monitoreando

los parámetros descritos a continuación en cada una de las fechas indicadas,

además las medidas se realizaron los días jueves y viernes que son días de gran

entrada de material a la planta por la cantidad de sacrificios que se dan para el fin de

semana.



Tabla No 11 . Mediciones realizadas

Primera medición:

Fecha: 15 Abril 2005-08-25

Ubicación: Transformador 500 kVA.

Equipo utilizado: Analizador de redes AEMC

Parámetros eléctricos monitoreados: frecuencia, Vrms, Urms, Arms, Uthd, Vthd, Athd,

Potencia Activa, Reactiva y Aparente, Energía Activa, Reactiva y Aparente.

Tiempo de monitoreo 8:30 AM- 6:00 PM

Segunda medición:

Fecha: 21 Abril 2005-08-25

Ubicación: Motor 50 hp.





Tercera medición:

Fecha: 28 Abril 2005-08-25







3.1 CRITERIOS TENIDOS EN CUENTA

En cada una de las mediciones efectuadas, se tuvieron en cuenta ciertos criterios

que de una u otra forma reflejan el estado en que se encuentra la calidad de la

potencia en las instalaciones de PROTEICOL S.A. uno de ellos fue el tomar

mediciones en el secundario del transformador de potencia para conocer el

porcentaje de corriente armónica emitido por la planta hacia las redes de la empresa

suministradora de energía y el voltaje armónico presente en este punto de la

empresa.

3.2 NECESIDADES PLANTEADAS POR LAS DIRECTIVAS DE PROTEICOL S.A.

Una de las necesidades planteadas por la parte administrativa de la empresa era la

de saber si se encontraban dentro de los límites de distorsión armónica permitida por

las entidades reguladoras de nuestro país; Además por saber como pueden mejorar

sus instalaciones eléctricas para darle mejor confiabilidad a sus equipos eléctricos.

Otro de los puntos importantes expresados por los directivos fue la del levantamiento

del diagrama unifilar ya que esta no contaba con este, ni con una lista detallada de

los equipos con sus características respectivas.

3.3 PROBLEMAS IDENTIFICADOS

Los problemas identificados en el desarrollo del proyecto de grado y que afectan la

calidad de la potencia en las instalaciones eléctricas de PROTEICOL S.A. se

mencionan a continuación.

Uno de ellos se refiere a la forma en que está conectado el transformador de

potencia, puesto que este tiene puenteado en la bornera el neutro con la tierra y este

con la tierra de los tableros de distribución. Esto implica que en algunos momentos



se pueden presentar corrientes muy altas por estos conductores y estos energizar

tableros, motores etc.

No se ha realizado el mantenimiento en la subestación eléctrica para verificar el

estado de contactos, apertura y cierre de seccionadores e interruptores.

El exceso de puntos calientes en la subestación y los tableros de distribución por falta

de mantenimiento preventivo según lo indica la termografía realizada el día 27 de

agosto del presente año.

Caída de tensión excesiva desde el transformador hasta las cargas por

calentamiento en los conductores, ya que la bandeja portacables es cerrada y está

llena de harina, plumas y cualquier material que se pueda encontrar en la planta.

La falta de identificación en las protecciones, las celdas, los tableros de distribución y

los circuitos de la empresa, al igual que una selección inadecuada en las

protecciones de las máquinas, son otros de los problemas encontrados y los cuales

se especifican en mas detalle en el siguiente capítulo.

3.4 PRESENTACION ESTADISTICA DE DATOS

En el anexo B se presentan las tablas y gráficos de los datos de todos los registros

obtenidos en las mediciones. Cada tabla presenta los parámetros eléctricos

monitoreados en cada una de las fechas indicadas al inicio de este capítulo.

El objetivo principal de la medición es verificar el comportamiento de los parámetros

eléctricos en baja tensión, determinar las condiciones de operación del sistema

eléctrico interno de manera general, por medio del monitoreo en estos puntos del

sistema. Estos datos los podemos encontrar en el anexo D.



3.4.1 ARMÓNICOS. En la tabla No. 10 se presenta el resumen de los registros

obtenidos en el secundario del transformador, en el banco de condensadores y en

uno de los motores de la empresa, en cuanto a los parámetros de distorsión

armónica de corriente y voltaje. En esta tabla solo se presentan los valores

promedio, máximo y mínimo de todos los datos registrados en cada una de las

fechas indicadas; después de estos datos, se encuentran los valores totales

promediados de las tres fases, esto en el caso de las corrientes y los porcentajes de

distorsión armónica. En el anexo A se presentan los datos arrojados por el

analizador de redes.



De acuerdo con los datos mostrados en la tabla No 11, se observa que los

porcentajes de distorsión armónica de corriente para el transformador son superiores

a 7.8 % lo cual representa un nivel medio de distorsión armónica en este equipo (esto

se determinará en forma mas exacta en la siguiente sección donde se definen los

límites establecidos por IEEE). En cuanto a los porcentajes de distorsión de voltaje

este se encuentra en un valor medio de 2.6% este valor también se puede considerar

como medio si se tienen en cuenta las recomendaciones de la IEEE.

En el motor de 50 hp los porcentajes de corriente son menores del orden del 4.5%

pero los de voltaje son casi de la misma magnitud, de 2.5% lo contrario que pasa en

el banco de condensadores en donde el porcentaje en corriente es de 11.8% que es

un nivel alto y en tensión el 2% que se sigue manteniendo.

3.4.2 MEDICIÓN DE TRANSITORIOS (SAGS Y SWELL)

En las mediciones realizadas en la subestación se programó el equipo analizador de

red para capturar disturbios de tensión de sags y swell. En estas mediciones los

valores registrados no superan los límites establecidos por la norma IEEE 1159:

(Recomendaciones practicas y requerimientos para el control de armónicos en

sistemas eléctricos de potencia tabla 4) en la cual se establece que los Sags de

tensión no deben ser menores al 90% del valor nominal, y los Swell no pueden ser

superiores al 110% del valor nominal de la tensión. Estos porcentajes se aplicaron

en la tensión de fase en el transformador de potencia.

VV

V LLNL 3.254

3440

3=== −

−

Sag: 254.3*0.9 = 228.9 V

Swell: 254.3*1.1 = 279.8 V



Debido a que las tensiones registradas no superan estos límites, el analizador de red

no registró perturbaciones, estos valores de tensión se muestran en la tabla 8 del

transformador.

3.4.3 DISTORSIÓN ARMÓNICA TDD.

Como se observa hay una presencia de los armónicos 5, 7 y 11. El factor de

distorsión armónica en corriente (TDD) es de 15 % que corresponden con las

mediciones realizadas.

prom

prom

I

ITHDIpromTDDprom

max*% =

%96.553.3143.218

*596.8% ==TDDprom

Según los datos obtenidos, el porcentaje en el 5, 7 y 11 armónico están dentro de lo

permitido por la norma IEEE 519 de 1992.

Para este caso encontramos 4 sobrepasos dos de 10 minutos, uno de 15 minutos y

otro de 40 minutos, la norma admite estos sobrepasos por lo que son de periodos

muy cortos.



3.5 INTERPRETACION DE LA INFORMACION

De acuerdo con lo establecido en la norma IEEE 519, para conocer los límites de

distorsión armónica de un consumidor, primero se debe conocer el tamaño relativo de

la carga con respecto a la fuente lo cual se define como la relación de cortocircuito

(SCR), que se definió en la sección 1.7.1.1 como:

ILIsc

MVAenacMVAenitocortocircudecapacidad

SCR ==arg

Donde:

Isc: Es el nivel de la corriente de cortocircuito en el PCC que nos define el tamaño del

sistema de abastecimiento.

IL: es la corriente total a frecuencia fundamental que incluye todas las cargas lineales

y no lineales, y define el tamaño del consumidor.

Según los datos suministrados por CODENSA S.A E.S.P, que se presentan en el

anexo B, el nivel de cortocircuito en el PCC para PROTEICOL S.A. es de 3.897.86 A.

La corriente de carga total se definió con los datos de la corriente promedio máxima

de la tabla 8 la cual es de 314.5 referido al primario es 12.57 A.

02.31057.12

3897 ===ILIscSCR

Con este valor se definieron los límites de distorsión armónica aplicables en este

estudio, establecidos por la norma IEEE 519, que de acuerdo con las características

de la empresa serán los contenidos en la primera sección de la tabla 2 (para voltajes

entre 120 y 69000 voltios) y el rango de relación de cortocircuito de la cuarta fila

(100<1000), dentro del cual se encuentra PROTEICOL S.A.



En el anexo E se presentan todas las gráficas que se obtuvieron con los valores de

corriente y los porcentajes de distorsión armónica registrados en el transformador, en

una de las cargas y en el banco de condensadores de la empresa PROTEICOL S.A..

A continuación se describe el contenido de cada una de ellas y se hace una

comparación de los resultados obtenidos con la norma.

En la figura del 1 al 8 del anexo E, se presentan en forma gráfica los datos de

corriente, distorsión armónica total y voltaje total obtenidos en la toma de muestras

con el analizador de redes en el transformador, una de las cargas y en el banco de

condensadores. En estas gráficas se señalan los límites establecidos por la norma

IEEE 519 para las distorsiones de corriente y de voltaje. En estas gráficas vemos

que en el secundario del transformador sobrepasa los niveles de distorsión

establecidos por la norma IEEE 519 para corriente mientras que para voltaje se

mantiene dentro de lo establecido en la norma.

En las gráficas 1 al 14 del anexo D se muestran las corrientes, tensiones, THD y

porcentajes de distorsión armónica individual (2° al 25° orden) de tensión y corriente,

3.6 DIAGNÓSTICO AL QUE SE LLEGA

Después de haber presentado las estadísticas de los datos obtenidos en las

mediciones de armónicos en las instalaciones de PROTEICOL S.A. se llegó a

determinar que la calidad de potencia eléctrica en la empresa está siendo afectada

por:

Se presenta distorsión armónica importante en la corriente de las fases. Esto

se puede presentar por el desbalance de corrientes

Para los niveles de distorsión armónica individual no tenemos problema por lo

que se encuentran dentro de los parámetros establecidos, excepto por los

porcentajes de tensión presentes en el quinto armónico, en el transformador

que sobrepasan los niveles permitidos por la norma IEEE 519.



3.7 ACCIONES A SEGUIR

Por los niveles de distorsión armónica de corriente presentes en el transformador

de potencia, se debe pensar en instalar filtros en las líneas. Esto se deduce

después de analizar las gráficas, ya que se ve un porcentaje en el quinto, séptimo

y onceavo armónico, estos se ven incrementados por los variadores de velocidad

y UPS, de la planta que aunque son pocos y de manera temporal, son

representativos; Y en el momento de automatizar la empresa estos presentarán

un gran aumento en este porcentaje.

Las conexiones de puesta a tierra en la subestación eléctrica deben ser

modificadas. El neutro del transformador de la empresa debe ser aterrizado

directamente a un punto de tierra físico.

3.8 EQUIPOS DE MEDICION UTILIZADOS

3.8.1 ANALIZADOR DE REDES TRIFÁSICO AEMC 3945.

Figura 8. Analizador de redes trifásico



4. SUBPROYECTOS PLANTEADOS EN CALIDAD DE POTENCIA

Durante el desarrollo del trabajo de grado, además de conocer y analizar los

problemas relacionados con los temas en estudio de armónicos, sags y swell, se

identificaron otros problemas que se tienen en las instalaciones de PROTEICOL

S.A. y que de alguna manera pueden afectar la calidad de la potencia en esta

industria de proteína animal. Algunos de estos problemas al ser mejorados

pueden aumentar la confiabilidad de las instalaciones eléctricas y contribuirán con

la reducción de pérdidas eléctricas y los costos en la facturación de la energía.

4.1.1 IDENTIFICACION DE CELDAS, PROTECCIONES Y CIRCUITOS

Debido a los cambios realizados en las instalaciones eléctricas, las celdas,

tableros y protecciones no están debidamente identificados; esto lo podemos ver

en la siguientes gráficas.

Gráfica 9. Tableros



Gráfica. 10 Tableros

Gráfica 11. Tableros

Estos gabinetes aunque presentan señales de peligro no poseen ningún tipo de

señalización ni identificación de las máquinas a los cuales pertenecen como lo vemos

en las gráficas; además que se encuentran en un grado de degeneración y los

cables de media tensión no se encuentran canalizados. Esto genera condiciones de

peligro para el personal de mantenimiento y operarios de la planta.



4.1.2 CAMBIO DE LOS SISTEMAS DE BANDEJAS PORTA CABLES

En esta planta los sistemas de bandejas portacables no son los adecuados ya que

son cerrados y por la cantidad de contaminación se llenan de harina y de todo tipo de

material. Esto también lo podemos ver a continuación.

Gráfica 12. Bandejas portacables

Esto implica sobrecalentamiento en los conductores y por consiguiente pérdidas en

los conductores; además que los conductores ya se encuentran cuarteados y

sulfatados.

4.1.3 REPLANTEAMIENTO DE CAPACIDAD DE PROTECCIONES.

Algunas de las protecciones termomagnéticas no han sido seleccionadas de manera

adecuada para las máquinas o circuitos que se quieren proteger. Por los cambios

que han sufrido la instalación eléctrica de la empresa y por los daños que estas

máquinas presentan no se cambian de la manera más adecuada. Con las

protecciones mal dimensionadas en caso de una falla no alcanzan a operar de la

manera mas adecuada y las máquinas pueden sufrir daños irreparables.



4.1.4 POLUCION EN LA SUBESTACION

En la subestación hay mucha polución, ya que esta se encuentra cerca de la zona de

la empacadora y almacenaje de la harina lo cual puede causar fallas en el

aislamiento como lo vemos en la gráfica No. 7.

Gráfica 13. Subestación

4 . 1. 5 EQUIPOS DE MEDIDA Y SEÑALIZACION

Los equipos de medida y señalización ya cumplieron su vida útil ya que los

transformadores de corriente, y de tensión no sirven lo mismo que los amperímetros

y voltímetros, además de los pilotos ubicados en los tableros, aproximadamente

estos tienen entre 20 y 30 años de ser instalados como lo vemos a continuación.



Gráfica 14. Equipos de medida y señalización

4 . 1. 6 PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFERICAS

La planta no cuenta con ningún sistema de protección contra descargas

atmosféricas.

4. 1. 7 ILUMINACION PLANTA

La planta no cuenta con un sistema de iluminación adecuado, ya que la zona de

empaque se encuentra iluminada con lámparas de 2 x 39 W, las cuales no son las

adecuadas, lo mismo sucede en la zona de producción la cantidad de luxes no es la

proporcionada para estas labores de proceso, esto sin contar la iluminación exterior

de la planta, que se encuentra formada por luminarias de mercurio las cuales

generan luz ultravioleta ya que esta atrae los insectos sin mencionar que es muy

poca la iluminación en estas áreas, para estas empresas según el RETIE en nivel de

iluminación es de 300 luxes para alumbrado interior y de 30 luxes para alumbrado

público5.

5 Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas RETIE



4.2 PROYECTOS

En este capítulo estos problemas se plantean como subproyectos de calidad de

potencia en los cuales se hace una descripción del problema, costos que esto

implica y beneficios para cada uno de ellos. Para efectos de esta parte del

estudio se recurrió a los requerimientos establecidos en el RETIE y en especial a

los siguientes artículos relacionados con los siguiente problemas.

Art 11: Señalización y seguridad.

Art 17: Numeral 6: Dispositivos de protección contra sobretensiones.

Numeral 7: Interruptores de baja tensión.

Numeral 9: Tableros eléctricos.

Art 42: Requisitos de protección contra rayos.

Art 43: Mantenimiento de instalaciones eléctricas.

4.2.1 PROYECTO DE CONSTRUCCIÓN DE CELDAS PARA

TRANSFORMADORES Y PROTECCIONES.

DESCRIPCIÓN: En la subestación, el transformador, protecciones y equipos de

medida no se encuentran en celdas como lo requieren las normas sino que están

ubicados en un solo cuarto, los cables de media tensión no tienen canalización y

no está demarcada la zona de seguridad.

JUSTIFICACIÓN: Este proyecto se justifica por las siguientes razones:

Seguridad para el personal de mantenimiento y personal de la empresa

prestadora del servicio de energía.

Los equipos estarían menos expuestos a la polución.

Mejor operabilidad de los equipos.



EQUIPOS QUE INTERVIENEN: Transformador de potencia 500 kVA,

protecciones, equipos de medida y cables de media tensión.

INVERSIONES ASOCIADAS: Costo de construcción de celdas y mano de obra:

Sujeto a disposición de la empresa.

OBSERVACIONES: Se sugiere hacer el cambio de esta subestación tipo local

por una subestación capsulada.

TIEMPO DE EJECUCION: mediano plazo (2-3 años)

4.2.2 PROYECTO DE IDENTIFICACION DE PROTECCIONES Y CIRCUITOS

DESCRIPCIÓN: debido al cambio y aumento de máquinas dentro de la planta, los

tableros y protecciones de cada equipo no están debidamente identificados.


Facilita a electricistas y operarios la identificación de tableros y

protecciones de cada máquina.

Identificar fácilmente el origen y destino de cada circuito.

Facilitar a personal externo la ubicación e identificación de las protecciones

de cada circuito, para realizar su desenergización cuando sea necesario.

EQUIPOS QUE INTERVIENEN: Tableros de distribución, centros de control,

conductores de los circuitos de entrada y salida de los tableros de distribución.

INVERSIONES ASOCIADAS: Costo de las placas para la identificación y

rotuladoras. La instalación de estas estaría a cargo del personal de electricistas y

mantenimiento.



Placas en acrílico: $ 400.000 a $ 500.000

Rotuladora marca PANDUIT: $ 600.000

METODOLOGIA: Las placas se especificarán con el código que en este caso

tiene cada máquina y en caso de no tenerlo nombrarlo, el cual identifica la

sección en donde se encuentra, las iniciales de la máquina y un número

consecutivo.

OBSERVACIONES: Los tableros deben identificar la tensión a la que se deben

alimentar los equipos y la capacidad de las protecciones.

TIEMPO DE EJECUCIÓN: corto plazo (3-4 meses).

4.2.3 PROYECTO DE MEJORA DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

DESCRIPCIÓN: dentro de las instalaciones eléctricas de la empresa el sistema

de puesta a tierra no es el óptimo ya que se pone en riesgo la seguridad de las

personas que laboran dentro de la planta y equipos, por este motivo es necesario

realizar un estudio que permita mejorar estas condiciones, además las

instalaciones tampoco cuentan con un sistema de protección contra descargas

atmosféricas (pararrayos).


Garantizar condiciones de seguridad a seres vivos durante fallas

eléctricas.

Permitir a los equipos de protección despejar rápidamente las fallas.

Servir de referencia al sistema eléctrico.

Conducir y disipar las corrientes de falla con suficiente capacidad.

Eliminar ruidos eléctricos.



En algunos casos, servir como conductor de retorno.

REQUERIMIENTOS NECESARIOS: diseño de una malla de puesta a tierra en la

planta.

TIEMPO DE EJECUCION: mediano plazo (1-2 años).

OBSERVACIONES:

El valor de la resistencia debe ser el adecuado para cada tipo de

instalación.

La variación de la resistencia debida a cambios ambientales debe ser

mínima.

Su vida útil debe ser mayor de 20 años.

Debe ser resistente a la corrosión.

Su costo debe ser el más bajo posible, sin que se comprometa la

seguridad.

Debe permitir su mantenimiento de las normas y especificaciones.

4.2.4 PROYECTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA ILUMINACION DE LA PLANTA.

DESCRIPCIÓN: Debido a que en la planta el trabajo es de tiempo continuo (24

horas), es necesario que la iluminación sea la adecuada para un mejor

desempeño la cual es de 300 luxes y calidad de las labores que ahí se realizan.

Además este tipo de iluminación (bombilla de vapor de mercurio 250 W, 220 V)

representa un mayor consumo de energía. Por este motivo la empresa solicitó un

estudio de iluminación donde se recomienda cambiar ese tipo de luminaria.

Además la iluminación exterior o alumbrado público es insuficiente y esto es un

problema por la inseguridad que en esta zona se presenta.




Mejora el desempeño de los trabajadores.

Un nuevo tipo de luminaria estaría menos expuesta a la polución ya que estaría

herméticamente sellada.

Bajo costo de mantenimiento debido al alto índice de hermeticidad.

Larga vida útil de la bombilla y accesorios eléctricos.

Seguridad en la planta.

Según diseño previo este es el tipo de iluminación que necesita la empresa para

dar un nivel de iluminación del 92 %.

REQUERIMIENTOS NECESARIOS:

36 Luminarias ONIX-1 de 250 W sodio alta presión 208/220 V 2T con

base fotocelda.

8 Luminarias ZP 1100 400 W MH 208/220 V

12 Luminarias WPS 1268 250 W MH 208/220 V

8 bombillas MH 400 Ovoide Fosforada.

12 bombillas MH 250 W Ovoide Fosforada.

36 bombillas 250 W sodio Ovoide Fosforada.

36 fotoceldas solas.

INVERSIONES ASOCIADAS:

Luminaria ONIX-1 de 250 W sodio alta presión 208/220 V 2T con base

fotocelda:

Valor unitario: $253.760

Luminaria ZP 1100 400 W MH 208/220 V.

Valor unitario:$270.270

Luminaria WPS 1268 250 W MH 208/220 V.

Valor unitario: $ 312.065

Bombilla MH 400 Ovoide Fosforada.




Bombilla MH 250 W Ovoide Fosforada.


Bombilla 250 W sodio Ovoide Fosforada.


Fotocelda sola.


METODOLOGIA: El estudio se llevó a cabo asumiendo dos condiciones:

1. Luminaria ONIX-1 ubicadas cada 60 m, a una altura de 12 m. Para

alumbrado publico

2. Luminaria ZP 1100 ubicadas a 8 m de altura.

3. Luminaria WPS 1268 ubicadas a 4.5 m de altura.

TIEMPO DE EJECUCION: mediano plazo (1-2 años).

OBSERVACIONES: Las alturas y distribuciones se dan por las características de

cada luminaria y según diseño de fabricación (curvas fotométricas).



4.3 EVALUACIÓN FINANCIERA La evaluación financiera determina el rendimiento financiero de los recursos que

se van a invertir y tiene como fin establecer si el proyecto es recomendable desde

la óptica financiera.

Existen varios métodos que son utilizados para realizar la evaluación financiera

cuando se tiene en cuenta el valor de dinero en el tiempo:

Valor presente neto (VPN)

Tasa interna de retorno (TIR).

Valor presente neto (VPN): El VPN de un proyecto, es el valor monetario que

resulta de la diferencia entre el valor presente de todos los ingresos y el valor

presente de todos los egresos, calculados en el flujo financiero neto, teniendo en

cuenta el interés de oportunidad (TIO).

Flujo de caja: es un esquema que representa en forma sistemática los egresos e

ingresos del proyecto, registrados periodo por periodo. Para este proyecto se

analizara el flujo de caja para un periodo de 8 años.

Representación flujo de caja:



Tasa de interés de oportunidad (TIO): la TIO es un concepto financiero

que depende de cada individuo o inversionista de acuerdo con la

oportunidad de utilización de sus recursos monetarios y generación de

riqueza que estos le permiten lograr.

Ecuación de Valor Presente Neto:

∑= +

=+

+++

+=t

tt

opt

op

t

iFFNIÓVPN

iFFNI

iFFNI

FFNIVPN0

10

1

)1()1(...

)1(

Siendo:

FFNI: flujo de fondos netos incremental del tiempo t.

Iop: tasa de interés de oportunidad

Teniendo en cuenta que la ecuación de valor futuro es:

F=P * (1+ i)n

Donde:

F: valor futuro

P: valor presente

I: tasa de interés

n: numero de periodo

tasa interna de retorno (TIR): la TIR es el segundo indicador mas aceptado en la

evaluación de proyectos e indica la capacidad que tiene un proyecto de producir

utilidades, independientemente de las condiciones del inversionista.

En los proyectos mutuamente excluyentes como, en el caso nuestro, se pueden

obtener diferentes respuestas según la tasa de interés que se escoja para



comprobarla con la TIR, por consiguiente este método conduce a conclusiones

menos confiables que las que obtendrá a partir del VPN. Como lo afirma el autor

no se recomienda utilizar la TIR para comparar proyectos que son mutuamente

excluyentes, cuando se tienen varios proyectos y solamente uno es elegible se

utiliza como indicador el VPN.6

4.3.1 ANÁLISIS ECONOMICO DEL PROYECTO

A continuación se presenta un análisis para establecer si es aconsejable realizar

los cambios que se plantean en este proyecto. En este análisis solo se tuvieron

en cuenta los subproyectos que representan un ahorro económico, los otros

subproyectos son inversiones que no representan beneficios tangibles.

Subproyecto de iluminación de la planta:

Inversión inicial:

Luminaria ONIX-1 250 W sodio 208/220 V → 253.760 valor unitario

Cantidad: 36 luminarias

253.760*36 = $ 9.135.400

Luminaria ZP 1100 400 W MH 208/220 V → 270.270 valor unitario


270.270*8 = $ 2.162.200

Luminaria WPS 1268 250 W MH 208/220 V → 312.065 valor unitario 6 Marco Elías Contreras B. Formulación y evaluación de Proyectos




312.065*12 = $ 3.744.800

Bombilla MH 400 W Ovoide fosforada → 68.600 valor unitario

Cantidad: 8 bombillas

68.600*8 = $ 548.800

Bombilla MH 250 W Ovoide fosforada → 65.400 valor unitario


65.400*12 = $ $ 784.800

Bombilla 250 W sodio Ovoide fosforada → 58.500 valor unitario


58.500*36 = $ 2.106.000

Fotocelda sola → 21.500 valor unitario

Cantidad: 36 fotoceldas

21.500*36 = $ 774.000

Inversión total =

9.135.360+2.162.160+3.744.780+548.800+784.800+2.106.000+774.000

Inversión total= $ 19´255.900

Costo anual en kWh con la iluminación existente en la planta:

Bombilla 250 W 220 V

Para la iluminación interior y exterior de la planta se utilizan 68 luminarias de esta

especificación. Y en un año trabajan aproximadamente 4380 h

Entonces: 68*0.4 kW *4380 h = 119.136 kWh

kWh para la empresa es de: $ 204



Entonces 119.136* 204 = $ 24.303.744

Costo total = $ 24´303.744 Costo anual en kWh con la nueva iluminación:

Luminaria ZP 1100 400 W MH 208/220 V

8 Luminarias

Entonces: 8*0.4 kW *4380 h = 14.016 kWh


Entonces 14.016* 204 = $ 2.859.264

Luminaria ONIX-1 250 W sodio 208/220 V

36 Luminarias

Entonces: 8*0.25 kW *4380 h = 8760 kWh


Entonces 8760* 204 = $ 1.787.040

Luminaria WPS 1268 250 W MH 208/220 V

12 Luminarias

Entonces: 12*0.25 kW *4380 h = 13140 kWh


Entonces 13140* 204 = $ 2.680.560

Costo total = 2.859.264+1.787.040+2.680.560 = $ 7´326.864

Ahorro anual:

A1-A2 = Ahorro



A1= Iluminación anterior

A2= Iluminación nueva

24´303.744 - 7´326.864 = 16´976.880

Ahorro anual total = $16´976.880

Costos anuales sin proyecto = $ 24´303.744

Costos anuales con proyecto = $ 7´326.864

Flujo de caja sin proyecto

Se tiene un estimado de 6 años por luminaria

Periodo= 6 años

Flujo de caja con proyecto:



Flujo de caja = Flujo de caja sin protecto – Flujo de caja con proyecto

VPN = VP beneficio – VP costos

VPc = $ 19´255.900

∑=

=+=t

t

topB i

FFNIVP

0588.621.35)1(



FFNI = $16´976.880

Iop = 17 % Valor suministrado por PROTEICOL S.A.

VPN = 35.621.588 – 19´255.900 = $ 16´365.688

Aplicando formulas de EXCEL se obtuvo el siguiente valor para el TIR

TIR = 26%



CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En observancia a los parámetros establecidos en la norma IEEE 519, en lo

concerniente a la distorsión armónica total de corriente y de voltaje se encontró que

estas se hallan por debajo del 15% y del 5% respectivamente que son los

porcentajes máximos permitidos por la norma. Respecto a los porcentajes de

distorsión armónica individual, se encontró que en el transformador el quinto

armónico sobrepasa el límite establecido por la norma IEEE 519 el cual es del 3%

para tensión.

Al confrontar con la norma IEEE 1159 los transitorios electromagnéticos Sags y

Swells, se encontró que los valores registrados no superan los limites establecidos

por la norma referida, la cual establece que los Sags de tensión no deben ser

menores al 90% del valor nominal, y los Swells no pueden ser superiores al 110%.

Analizado las instalaciones eléctricas actualmente en operación en la empresa, se

encontraron las siguientes falencias:

• las celdas, tableros y protecciones no están debidamente identificados.

• El sistema de bandeja porta cable no es el adecuado para este uso, y menos

para este tipo de industria ya que es una canaleta cerrada la cual se presta

para el deposito de harina y plumas.

• Las protecciones termomagneticas están diseñadas de manera inadecuada

debido a los cambios que han sufrido las instalaciones eléctricas de la

empresa.

• La ubicación de la subestación es impropia por que se encuentra cerca de la

zona de la empacadora y almacenaje de harina la cual genera un problema

de polución excesivo.

• Los equipos de media y señalización no se hallan en operación, hecho que

genera falta de información para que los operarios puedan evaluar las

condiciones de operación y funcionamiento de las maquinas.



• Contrastando la aplicación del reglamento técnico vigente para instalaciones

eléctricas RETIE, la planta no cumple con los niveles mínimos de iluminación

recomendados para este tipo de industrias, el cual es de 300 luxes a una

altura de trabajo de 1. 20 m.

En la evaluación financiera que se hizo al subproyecto de calidad de potencia se

obtiene un ahorro en los costos equivalente a 17 millones de pesos anuales

aproximadamente con, con una TIR de 26%.

La realización de este estudio significó un aporte importante para la empresa

PROTEICOL S.A. pues de acuerdo con la hipótesis planteada durante el desarrollo

del anteproyecto, en las instalaciones de esta empresa efectivamente existen

problemas, los cuales representaran un problema para la calidad de potencia en un

futuro en esta industria.

Se recomienda implementar la identificación de las celdas, protecciones y circuitos

propuesta en este trabajo de grado, pues con esto se mejorarán las instalaciones de

la empresa y facilitará a los operarios la ubicación de las mismas.

El cambio de los sistemas de alimentación de tableros por un sistema que le de mejor

manejo al cableado de la planta para mejorar la regulación, evitar la pérdida de

tensión en los conductores y evitar futuras fallas de los equipos.

Se debe independizar el neutro del transformador de potencia ya que esto es un

peligro en el caso de una falla. Además se debe desarrollar un sistema de

iluminación que garantice las normas mínimas exigidas por el RETIE tanto parta

alumbrado interior como exterior. Los elementos de medida y señalización tales como

amperímetros y voltímetros deben ser reinstalados para ayudar al mejor desempeño

de los operarios encargados de la operación de estas maquinas.



En un futuro se debe pensar en instalar filtros para suplir los armónicos ya que estos

pueden tender a subir con la instalación de UPS y variadores de velocidad.

Los sistemas porta cables deben ser cambiados por sistemas ranurados los cuales

no permite almacenar harina o plumas las cuales se almacenan en la misma

generando perdidas por calentamiento de conductores.

Se aconseja independizar la subestación, de la zona de cargue, para que de esta

manera reduzca el nivel de contaminación existente en la misma.

La elaboración de este proyecto de grado es un aporte importante para la empresa

PROTEINAS Y ENERGETICOS DE COLOMBIA “PROTEICOL S.A. “ puesto que los

diferentes cambios que ha tenido la empresa en sus instalaciones eléctricas y el

crecimiento de la producción, requieren solucionar aquellos problemas que puedan

afectar su visión de extenderse y consolidarse como una de las empresas mas

grandes en su genero, superando a su casa matriz AGROSAN S.A. ubicada en

Amagá (Antioquia).

Finalmente se puede aseverar que el trabajo de grado se desarrolló cumpliendo cada

uno de los objetivos propuestos, hecho que se puede verificar con las conclusiones y

recomendaciones enunciadas anteriormente, asimismo el haber podido confrontar lo

teórico con lo practico me enriqueció como persona y como profesional de la

ingeniería eléctrica, de cómo al operacionalizar el concepto teórico en la experiencia

practica se necesita manejar criterios que nos permitan ubicarnos en la situación real

en la empresa y del entorno empresarial y social que estamos analizando, pues se

plantearon soluciones como los vistos anteriormente, los cuales permiten optimizar

las instalaciones eléctricas y mejorar la calidad de la potencia de la empresa

PROTEICOL S.A. Si bien es cierto las conclusiones y recomendaciones planteadas

en el trabajo de grado para dar soluciones a las deficiencias halladas

específicamente a la planta PROTEICOL S.A. pueden ser generalizadas para

empresas del mismo sector.



BIBLIOGRAFIA

DUGAN. Roger, Electrical power system quality.

ELIAS CONTRERAS Marco B. Formulación y evaluación reproyectos 1995

IEEE Recommended practices for monitoring electric power quality, (IEEE 1119)

IEEE Recommended practices and requeriments for harmonic control in electrical

power sistems (IEEE 519)-

Reglamento técnico de instalaciones eléctricas RETIE

NORMA ICONTEC 1340: Variaciones de la tensión de la red en estado estable en +5

% y -10% con respecto al valor nominal. NEC 1986 y ANSI C48.1

UNIVERSIDAD DE LA SALLE. Tutorial Data view profesional.

CALIDAD DE SUMINISTRO ELECTRICO. Curso tutorial II Congreso Internacional

de la region Andina IEEE ANDESCON 2004.

MUNDO ELECTRICO. Vol. 14 No 38, Vol 17 No 53, Vol 13 No. 35, Vol 16 No 49

INTERNET



ANEXOS

Anexo A. Diagrama Unifilar PROTEICOL S.A.

I 1 I 2 I 3 V 1 V2 V3 U1 U2 U3 I 1 I 2 I 3 V 1 V2 V3

PROMEDIO 60,0 213,6 219,2 225,2 245,2 245,4 243,9 425,6 423,6 423,1 7,603 9,093 6,656 2,582 2,778 2,690

MÁXIMO 60,1 312,7 308,8 322,1 248,9 249,9 247,4 432,1 429,7 429,3 17,40 20,40 16,10 3,300 3,600 3,400

MINIMO 59,9 133,1 145,7 147,6 241,0 247,4 239,8 418,3 416,4 416,0 3,500 4,500 3,000 1,600 1,700 1,500

PROMEDIO 59,98 45,36 47,72 43,22 246,2 245,6 244,4 426,4 423,9 424,9 4,442 4,600 4,582 2,614 2,453 2,594

MÁXIMO 60,09 65,80 68,70 63,90 250,5 249,9 248,8 434,2 431,2 432,4 12,40 10,10 10,50 3,700 3,400 3,600

MINIMO 59,90 0,00 0,00 0,00 241,0 240,4 239,3 417,3 414,9 416,1 0,000 0,000 0,000 1,800 1,700 1,900

MUESTRAS 1619

PROMEDIO 59,98 180,0 209,1 179,3 243,5 244,2 242,4 423,0 421,4 420,4 11,70 11,63 11,92 1,941 1,980 2,004

MÁXIMO 60,05 182,9 212,9 182,4 247,5 248,2 246,5 429,9 428,3 427,3 14,60 14,50 15,10 2,500 2,500 2,700

MINIMO 57,00 177,8 206,4 177,4 240,8 241,5 240,0 418,3 417,1 415,9 9,50 9,40 9,60 1,500 1,500 1,500

MUESTRAS 445

FECHA VALOR

Tabla 12. Valores promedio, máximo y mínimo de los parámetros eléctricos monitoreados por el analizador de redes en el transformador, en el banco de condensadores y en una de las cargas de PROTEICOL S.A.

15/04/2005

VOLTAJE (V) VOLTAJE (U) THD VOLTAJE %FRECUENCIA (Hz)

CORRIENTE (A) THD CORRIENTE %

PROMEDIO TOTAL

PROMEDIO MÁXIMO

219,3

21/04/2005

28/04/2005

MUESTRAS 1709

PROMEDIO MINIMO

PROMEDIO TOTAL

PROMEDIO MÁXIMO

PROMEDIO MINIMO

PROMEDIO TOTAL

PROMEDIO MÁXIMO

PROMEDIO MINIMO

314,5

142,1

244,8

242,7

424,1 7,8 2,7

248,7 430,4 18,0 3,4

416,9 3,7 1,6

45,4

66,1

0,0

245,4

240,2

425,1 4,5 2,6

249,7 432,6 11,0 3,6

416,1 0,0 1,8

2,0

192,7 247,4 428,5 14,7 2,6

189,5 243,4 421,6 11,8

1,5187,2 240,8 417,1 9,5



Anexo B. Registro de los parámetros eléctricos monitoreados con el analizador de

redes en el transformador de potencia, banco de condensadores y motor de 50 hp.



Anexo D. Graficas de los parámetros eléctricos monitoreados con el analizador

de red en el transformador de tensión, banco de condensadores y motor 50 hp.

Figura2, Tensiones registradas el 15 de Abril 2005 Transformador 500 kVA

236

239

242

245

248

08:30

:00 a.

m.

09:00

:00 a.

m.

09:30

:00 a.

m.

10:00

:00 a.

m.

10:30

:00 a.

m.

11:00

:00 a.

m.

11:30

:00 a.

m.

12:00

:00 p.

m.

12:30

:00 p.

m.

01:00

:00 p.

m.

01:30

:00 p.

m.

02:00

:00 p.

m.

02:30

:00 p.

m.

03:00

:00 p.

m.

03:30

:00 p.

m.

04:00

:00 p.

m.

04:30

:00 p.

m.

05:00

:00 p.

m.

05:30

:00 p.

m.

06:00

:00 p.

m.

HORA

TEN

SIÓ

N (V

)

V1V2V3

Figura1, Corrientes registradas el 15 de Abril 2005 Transformador 500 kVA

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

08:30

:00 a.

m.

09:00

:00 a.

m.

09:30

:00 a.

m.

10:00

:00 a.

m.

10:30

:00 a.

m.

11:00

:00 a.

m.

11:30

:00 a.

m.

12:00

:00 p.

m.

12:30

:00 p.

m.

01:00

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m.

01:30

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m.

02:00

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m.

02:30

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m.

03:00

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m.

03:30

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m.

04:00

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m.

04:30

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m.

05:00

:00 p.

m.

05:30

:00 p.

m.

06:00

:00 p.

m.

HORA

CO

RR

IEN

TE (A

)

I1I2I3

Figura 3, THD de corriente registrado el 15 de Abril 2005 Transformador 500 kVA

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

08:30

:00 a.

m.

09:00

:00 a.

m.

09:30

:00 a.

m.

10:00

:00 a.

m.

10:30

:00 a.

m.

11:00

:00 a.

m.

11:30

:00 a.

m.

12:00

:00 p.

m.

12:30

:00 p.

m.

01:00

:00 p.

m.

01:30

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m.

02:00

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m.

02:30

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m.

03:00

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m.

03:30

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m.

04:00

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m.

04:30

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m.

05:00

:00 p.

m.

05:30

:00 p.

m.

06:00

:00 p.

m.

HORA

% T

HD

I THDIATHDIBTHDICIEEE 519

Figura 4, THD de voltaje registrado el 15 de Abril 2005 Transformador 500 kVA

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

08:30

:00 a.

m.

09:00

:00 a.

m.

09:30

:00 a.

m.

10:00

:00 a.

m.

10:30

:00 a.

m.

11:00

:00 a.

m.

11:30

:00 a.

m.

12:00

:00 p.

m.

12:30

:00 p.

m.

01:00

:00 p.

m.

01:30

:00 p.

m.

02:00

:00 p.

m.

02:30

:00 p.

m.

03:00

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m.

03:30

:00 p.

m.

04:00

:00 p.

m.

04:30

:00 p.

m.

05:00

:00 p.

m.

05:30

:00 p.

m.

06:00

:00 p.

m.

HORA

% T

HD

V THDVANTHDVBNTHDVCNIEEE 519

Figura 5, THD de corriente registrado el 21 de Abril 2005 Motor 50 hp

2

4

6

8

10

12

14

16

09:00

:00 a.

m.

09:30

:00 a.

m.

10:00

:00 a.

m.

10:30

:00 a.

m.

11:00

:00 a.

m.

11:30

:00 a.

m.

12:00

:00 p.

m.

12:30

:00 p.

m.

01:00

:00 p.

m.

01:30

:00 p.

m.

02:00

:00 p.

m.

02:30

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m.

03:00

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m.

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m.

04:00

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m.

04:30

:00 p.

m.

05:00

:00 p.

m.

05:30

:00 p.

m.

06:00

:00 p.

m.

HORA

% T

HD


Figura 6, THD de voltaje registrado el 21 de Abril 2005 Motor 50 hp

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

09:00

:00 a.

m.

09:30

:00 a.

m.

10:00

:00 a.

m.

10:30

:00 a.

m.

11:00

:00 a.

m.

11:30

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m.

12:00

:00 p.

m.

12:30

:00 p.

m.

01:00

:00 p.

m.

01:30

:00 p.

m.

02:00

:00 p.

m.

02:30

:00 p.

m.

03:00

:00 p.

m.

03:30

:00 p.

m.

04:00

:00 p.

m.

04:30

:00 p.

m.

05:00

:00 p.

m.

05:30

:00 p.

m.

06:00

:00 p.

m.

HORA

% T

HD

V THDVANTHDVBNTHDVCNIEEE 519

Figura 7, THD de corriente registrado el 28 de Abril 2005 Banco de condensadores

2

4

6

8

10

12

14

16

08:00

:00 a.

m.08

:30:00

a.m.

09:00

:00 a.

m.09

:30:00

a.m.

10:00

:00 a.

m.10

:30:00

a.m.

11:00

:00 a.

m.

11:30

:00 a.

m.12

:00:00

p.m.

12:30

:00 p.

m.01

:00:00

p.m.

01:30

:00 p.

m.

02:00

:00 p.

m.02

:30:00

p.m.

03:00

:00 p.

m.03

:30:00

p.m.

HORA

% T

HD


Figura 8, THD de voltaje registrado el 21 de Abril 2005 Motor 50 hp

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

08:00

:00 a.

m.

08:30

:00 a.

m.

09:00

:00 a.

m.

09:30

:00 a.

m.

10:00

:00 a.

m.

10:30

:00 a.

m.

11:00

:00 a.

m.

11:30

:00 a.

m.

12:00

:00 p.

m.

12:30

:00 p.

m.

01:00

:00 p.

m.

01:30

:00 p.

m.

02:00

:00 p.

m.

02:30

:00 p.

m.

03:00

:00 p.

m.

03:30

:00 p.

m.

HORA

% T

HD

V

THDVANTHDVBNTHDVCNIEEE 519

Figura 9. Corrientes registradas en el transformados 500 kVA

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

ORDEN ARMONICO

%TH

D I1I2I3

Figura 10. Corrientes registradas en banco de condensadores

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

ORDEN ARMONICO

%TH

D I1I2I3

Figura 11. Corrientes registradas en motor 50 hp

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

ORDEN ARMONICO

%TH

D I1I2I3

Figura 12. Tensiones armónicas registradas en el transformador de 500kVA

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

ORDEN ARMONICO

% T

HD VI

V2V3

Figura 13. Tensiones armónicas registradas en bamco de condensadores

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

ORDEN ARMONICO

% T

HD VI

V2V3

|

Figura 14, Tensiones armónicas registradas en motor 50 hp

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

ORDEN ARMONICO

% T

HD VI

V2V3

Optimización de las instalaciones eléctricas para el ...

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