sábado, 12 de febrero de 2011

Eficiencia Energética - Capítulo VI - Energía Reactiva ¿Cómo interpretar este concepto?

La energía reactiva es la demanda extra de energía que algunos equipos de carácter inductivo y/o capacitivo como motores, transformadores, luminarias (inductivo) y líneas eléctricas (capacitivo), producen en su funcionamiento. Esta energía "extra" puede descompensar un sistema eléctrico ya que afecta directamente al factor de potencia del mismo, ya que a mayor energía reactiva en el sistema menor será el factor de potencia. Pongamos un ejemplo:
  • Una instalación eléctrica para el suministro a una pequeña industria de 1000 kVA, en la que existen varias cargas reactivas debidas al transformador de potencia, a los motores de consumo, a la línea eléctrica de reparto en Baja Tensión. Las cargas reactivas inductivas (Transformador y Motores) serán mucho mayores siempre que las cargas capacitas (línea eléctrica de reparto en Baja Tensión), siendo el valor de la energía reactiva inductiva 100 kVAr. Por este motivo la potencia aparente será de 994,98 kW.
  • El factor de potencia (que es igual al cos Phi si no tenemos en cuenta los posibles armónicos existentes en la instalación) tendrá un valor de 0,99. Dicho valor es muy próximo a la unidad, que es el valor que nos indica que las pérdidas de la instalación debidas a la energía reactiva son nulas.
  • Sin la potencia reactiva, inductiva en este caso, fuese de 250 kVAr tendríamos una potencia aparente de 964,24 kW y un cos Phi de 0,96, que ya sería un valor a tener en cuenta de cara a la facturación de la compañía eléctrica.
La mayor parte de las cargas industriales producen este tipo de energía, conjuntamente con la energía activa. Los efectos negativos de la energía reactiva o que se derivan de su consumo:
  1. Costes económicos reflejados en las facturas eléctricas.
  2. Pérdida de potencia de las instalaciones.
  3. Caídas de tensión que perjudican el normal funcionamiento de las instalaciones.
  4. Transformadores más recargados.
Además, esta energía provoca sobrecarga en las líneas de distribución y transporte sin producir un trabajo útil, y por lo tanto es necesario compensarla para optimizar las instalaciones eléctricas. Las ventajas de la compensación de energía reactiva, ayudando a obtener ventajas económicas y técnicas:
  1. Aumenta la capacidad de las líneas y transformadores instalados.
  2. Mejora la tensión de la red.
  3. Disminuyen las pérdidas de energía.
  4. Consigue una reducción en el coste global de la energía.
En diferentes sectores, se utilizan soluciones que minimizan el impacto derivado del consumo de este tipo de energía. Básicamente consisten en la utilización de equipos diseñados para neutralizar la energía reactiva que presentan los sistemas eléctricos. Un ejemplo claro es la instalación de baterías de condensadores. Además se pueden utilizar otros mecanismos para realizar seguimientos exhaustivos del consumo de la energía reactiva y poder así realizar acciones correctoras. Un ejemplo es la visualización de curvas de carga de energía reactiva que se pueden obtener directamente del contador de la instalación y/o analizando la factura eléctrica (según los tipos de contratos).

También es interesante conocer teoricamente como funciona el sistema eléctrico de distribución y transporte de energía eléctrica, ya que ello nos puede ayudar a comprender los requerimientos legales que se les exige a los consumidores en Media Tensión y/o Alta Tensión, así como a las empresas que generan energía eléctrica. Para ello vamos a diferenciar los tres tramos de consumo generales del sistema eléctrico español: Horas Punta, Horas Llano y Horas Valle.
  • Horas Punta: Son las horas en las que el consumo del sistema eléctrico se encuentra en su mayor estado de carga, por lo que son las horas en las que los transformadores y las líneas eléctricas se encuentran practicamente al 100 % de su estado de carga contratado, no al 100 % de su carga nominal que de diseño puede rondar un 40% a mayores de la carga contratada. Cuando los transformadores están "muy cargados" generan energía reactiva inductiva, siendo esta directamente proporcional al estado de carga del transformador. Por otro lado, las líneas eléctricas (aéreas o subterráneas) están también "muy cargadas" que en este estado generan energía reactiva inductiva y energía reactiva capacitiva, ya que estas disponen una componente resistiva e inductiva directamente proporcional al estado de carga de la línea y una componente capacitiva fija para cualquier estado de la misma una vez está en tensión. "Entonces podemos llegar a la conclusión de que en este tramo el sistema dispondrá de la energía reactiva capacitiva (fija) de las líneas y de la energía reactiva inductiva (directamente proporcional al estado de carga) de las línea y de los transformadores, siendo esta última mucho mayor y resultando por tanto un sistema inductivo. La legislación actual prima por ello a los generadores eléctricos que inyecten energía reactiva capacitiva en horas punta para compensar al sistema eléctrico inductivo".
  • Horas Llano: Son las horas en las que el consumo del sistema eléctrico se encuentra a mitad de carga, por lo que son las horas en las que los transformadores y las líneas eléctricas se encuentran practicamente al 50-60 % de su estado de carga contratado. Cuando los transformadores están "a mitad de carga" generan energía reactiva inductiva, siendo esta directamente proporcional al estado de carga del transformador. Por otro lado, las líneas eléctricas (aéreas o subterráneas) están también "a mitad de carga" que en este estado generan energía reactiva inductiva y energía reactiva capacitiva, ya que estas disponen una componente resistiva e inductiva directamente proporcional al estado de carga de la línea y una componente capacitiva fija para cualquier estado de la misma una vez está en tensión. "Entonces podemos llegar a la conclusión de que en este tramo el sistema dispondrá de la energía reactiva capacitiva (fija) de las líneas y de la energía reactiva inductiva (directamente proporcional al estado de carga) de las línea y de los transformadores, siendo esta última algo menor y resultando por tanto un sistema casi equilibrado pero capacitivo, aunque con una diferencia realmente pequeña. La legislación actual prima por ello a los generadores eléctricos que inyecten energía reactiva inductiva con un cos Phi muy próximo a la unidad (1) en horas llano para compensar al sistema eléctrico casi equilibrado pero capacitivo".
  • Horas Valle: Son las horas en las que el consumo del sistema eléctrico se encuentra en su menor estado de carga, por lo que son las horas en las que los transformadores y las líneas eléctricas se encuentran practicamente al 0-10 % de su estado de carga contratado. Cuando los transformadores están "muy poco cargados" casi no generan energía reactiva inductiva, siendo esta directamente proporcional al estado de carga del transformador. Por otro lado, las líneas eléctricas (aéreas o subterráneas) están también "muy poco cargadas" que en este estado generan muy poca energía reactiva inductiva y la misma energía reactiva capacitiva que en los otros dos casos, ya que estas disponen una componente resistiva e inductiva directamente proporcional al estado de carga de la línea y una componente capacitiva fija para cualquier estado de la misma una vez está en tensión. "Entonces podemos llegar a la conclusión de que en este tramo el sistema dispondrá de la energía reactiva capacitiva (fija) de las líneas y de la energía reactiva inductiva casi nula (directamente proporcional al estado de carga) de las línea y de los transformadores, resultando por tanto un sistema capacitivo. La legislación actual prima por ello a los generadores eléctricos que inyecten energía reactiva inductiva en horas valle para compensar al sistema eléctrico capacitivo".
Con esto se pretende dar una idéa general sobre la importancia de tener controlado el consumo de energía reactiva en cualquier sistema eléctrico, ya que este punto es el "camino crítico" para conseguir una mayor eficiencia energética (en lo que a energía eléctrica se refiere) en cualquier sistema.

Por ello cualquier persona o compañía que quiera informarse sobre posibles soluciones a sus problemas relacionados al consumo de energía reactiva, que no dude en contactar con nosotros para un correcto asesoramiento técnico.

4 comentarios:

  1. Buenas, soy estudiante de ingeniería, y estamos haciendo un trabajo sobre la corrección del factor de potencia en las instalaciones eléctricas y me gustaría saber cual es exactamente la potencia que cobran a los consumidores.

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  2. Dependiendo del tipo de tarifa que tengas contratada, te cobran la energía reactiva consumida en función de la distorisión del cos fi diferente a 1. Habría que estudiar que casos concretos estáis analizando. Un saludo,

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  3. Me ha gustado mucho el resumen que has hecho, aunque quiero enviarte una corrección acerca lo del factor de potencia (FDP) y el coseno de phi.

    El segundo es el que se refiere a una máquina o elemento que esté conectado a una red, es decir, el ángulo formado entre la potencia activa y la reactiva que consume ese elemento, mientras que el segundo, el FDP, se refiere al ángulo formado por la energía activa y reactiva del conjunto de la instalación conectado a la red, por ejemplo, el de una industria conectada a la red eléctrica.

    Es decir, ambos términos pueden coincidir en valor, aunque lo normal es que no lo hagan.

    Sólo esa apreciación, ya que todo el resto me ha gustado como lo has explicado.

    Sigue así.

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  4. Cuanta energía reactiva de naturaleza capacitiva puede representar un transformador de distribución MT/BT, trabajando en vacio

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