calculo y corrección del factor de potencia de las naves 1
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Tulancingo. Hgo DICIEMBRE 2010
Técnico Superior Universitario
Reporte Técnico:
Calculo y Corrección del Factor de Potencia de las Naves 1,
2 y 3 de la empresa Miland
Autor:
Hugo Reyes Hernández
Ing. Francisco López Bautista.
Manufacturas Industriales Landaverde, Miland
Juan Marcelo Miranda Gómez
Profesor Investigador
# Reporte: UTT-EM-M-2010-1708100139
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Contenido
I. RESUMEN. ................................................................................................................................... 4
II. ABSTRACT .................................................................................................................................... 5
III. INTRODUCCIÓN. .......................................................................................................................... 6
ANTECEDENTES DE LA EMPRESA. ................................................................................................... 7
MISIÓN ........................................................................................................................................ 7
VISIÓN ......................................................................................................................................... 7
OBJETIVOS DE CALIDAD............................................................................................................... 7
OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................................................. 8
POLÍTICAS DE CALIDAD ................................................................................................................ 8
IV. SEGURIDAD E HIGIENE ................................................................................................................ 8
SEGURIDAD INDUSTRIAL ................................................................................................................. 8
VALORES ...................................................................................................................................... 9
MADUREZ LABORAL .................................................................................................................... 9
POSITIVISMO ............................................................................................................................... 9
V. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................................................ 10
VI. PROPUESTA DE SOLUCIÓN. ....................................................................................................... 11
VII. DESARROLLO DEL PROYECTO. ................................................................................................... 12
VIII. RESULTADOS. ............................................................................................................................ 23
IX. CONCLUSIONES. ........................................................................................................................ 24
X. RECOMENDACIONES ................................................................................................................. 25
XI. APÉNDICE .................................................................................................................................. 26
XII. ANEXOS. .................................................................................................................................... 28
XIII. REFERENCIAS ............................................................................................................................. 31
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I. Resumen.
El proyecto que se desarrollo en la empresa Miland fue el cálculo y medición del factor de
potencia, conocer el factor de potencia con el que se encuentra trabajando ayuda a saber
que tan eficiente es la energía en la instalación eléctrica.
Se realizó un cálculo teórico del factor de potencia de cada nave, este cálculo consistió en
hacer el levantamiento de placa de datos de las diferentes cargas resistivas e inductivas.
Para comprobar el cálculo teórico se hicieron mediciones del factor de potencia con el
analizador de Calidad de la Energía FLUKE 434 con la finalidad de comprobar dichos
cálculos.
El objetivo de estos cálculos y mediciones es, obtener el valor de los capacitores para
corregir el bajo factor de potencia de las naves 1, 2 y 3.
La corrección del factor de potencia evitará recargos excesivos en pagos a la compañía
suministradora de energía debido al alto consumo de energía, además de que hará más
eficiente la instalación eléctrica de las naves.
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II. Abstract
The project was conducted in the company Miland was the calculation and measurement of
power factor, knowing the power factor with which he is working helps to know how
energy efficient the electrical installation.
We performed a theoretical calculation of the power factor of each ship, this calculation
was to make the lifting plate data from the various resistive and inductive loads. To verify
the theoretical calculation was measured power factor with the analyzer FLUKE Power
Quality 434 in order to verify these calculations.
The purpose of these calculations and measurements is, get the value of the capacitors to
correct low power factor Halls 1, 2 and 3. The power factor correction charges avoid
excessive payments to the energy supply company because of the high consumption of
energy, and it will make more efficient wiring of ships.
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III. Introducción.
En cualquier empresa es importante saber las condiciones de la red eléctrica en la que se
tienen conectadas las máquinas eléctricas y tener un estudio eléctrico de cualquier tipo
ayudara a identificar problemas que existen en la instalación eléctrica y corregirlos.
El siguiente estudio es con fin de dar a conocer el factor de potencia (FP) con el que se
encuentra trabajando cada nave en la empresa Miland.
Para poder determinar el factor de potencia se utilizó el analizador de Calidad de la
Energía FLUKE 434, este instrumento de medición tiene la capacidad de poder medir el
factor de potencia, potencia reactiva, aparente y activa, corrientes, voltajes, armónicos,
fluctuaciones, desbalanceó y transitorios de la red eléctrica.
Nuestro objetivo es obtener el factor de potencia (FP) para de esta forma corregirlo y poder
evitar los recargos de pago a la compañía suministradora y aumentar la eficiencia de la red
eléctrica.
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ANTECEDENTES DE LA EMPRESA.
La empresa MILAN fue creada a finales del año 1991 por su fundador y actual miembro Sr.
Arturo Landaverde Moran con el propósito de realizar la fabricación de partes metal-
mecánicas para la industria automotriz, única actividad que hasta el año de 1994 se realizo.
A partir de ese año se trato de buscar la diversificación del mercado debido principalmente
a la crisis que en ese sector se resintió en ese periodo y es donde se vio posteriormente la
posibilidad de fabricar partes para equipo agroindustrial, de la industria del plástico, de
equipo pesado de construcción, partes proporcionales y equipo ferroviario, todo esto
impulsado por el deseo de tener en nuestra empresa un espíritu de mejora continua, el cual
se ha tratado de difundir en todos y cada uno de los trabajadores de la empresa.
MISIÓN
Fabricar a empresas o industrias partes de equipo original, ofreciendo calidad en el equipo
y servicio mediante precios competitivos.
VISIÓN
Ofrecer productos respaldados por una norma internacional de calidad que nos permita
vender los mismos a empresas e industrias nacionales e internacionales que nos conlleven a
una mayor estabilidad y menor incertidumbre en el cumplimiento de los objetivos y metas
trazadas por MILAN.
OBJETIVOS DE CALIDAD
Fabricar partes metal-mecánicas con el fin de satisfacer los requerimientos de las empresas
o industrias que las demanden, garantizando calidad en los productos.
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OBJETIVOS ESPECÍFICOS
A corto y mediano plazo
Mediante la fabricación de piezas de alta calidad lograr la certificación ISO 9001/2000.
Buscar mercados que nos proporcionen una mayor estabilidad y menor incertidumbre.
Terminación de la construcción de la planta que nos permita trabajar al 100% de la
capacidad instalada.
POLÍTICAS DE CALIDAD
Suministrar y satisfacer los requerimientos de sus clientes, mediante productos de calidad a
través de in sistema de mejora continua, que involucre a todo el personal de la empresa con
el sistema de calidad, logrando así un beneficio en común.
IV. SEGURIDAD E HIGIENE
SEGURIDAD INDUSTRIAL
No usar maquinas o vehículos sin estar autorizado para ello.
Usar las herramientas adecuadas y cuida su conservación. Al terminar el trabajo dejarlas en
un lugar adecuado.
No quites sin autorización ninguna protección de seguridad o señal de peligro.
No improvisar, seguir las instrucciones y cumplir las normas.
Poner atención al trabajo que estés realizando. Mucha atención a los minutos finales de la
jornada, pues la prisa es el mejor aliado del accidente.
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VALORES
MILAN es una empresa que tiene sus bases firmes bien cimentadas en la familia y sobre la
cual gira el desarrollo y conocimiento de la empresa, misma que forja sus convicciones y
acciones mediante la base de los siguientes valores:
Honestidad
Lealtad
Disciplina
Responsabilidad
MADUREZ LABORAL
Las personas maduras viven su realidad tal cual es, no como fue o como quieren que esta
sea.
Tienen autocontrol de sus emociones, manejan inteligencia emocional.
POSITIVISMO
Las personas que viven dentro del positivismo están conscientes de lo que no tienen y
trabajan activamente con lo que si tienen para ser productivos y felices.
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V. Planteamiento del problema
El problema que se tiene en la empresa Miland es que se desconoce el factor de potencia al
que está trabajando su sistema eléctrico de las Naves 1, 2 y 3, debido a que no cuenta con el
dispositivo de medición apropiado para hacer la medición del FP, y es elevado el costo de
contratación de personal externo para hacer dicho trabajo.
Además, no se sabe la cantidad de potencia que se requiriera si se decide unir las naves 1,
2 y 3, para que de esta manera se pueda adquirir una subestación que sea capaz de abastecer
de energía a las máquinas de las tres naves.
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VI. Propuesta de Solución.
Calcular y medir el factor de potencia de cada nave para determinar la cantidad de potencia
capacitiva que se requiera para corregir el factor de potencia. Además, se determinará la
cantidad de potencia activa, reactiva y aparente de cada una de las naves.
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VII. Desarrollo del Proyecto.
El primer actividad que se realizó fue conocer la carga total de cada nave, para esto se
elaboro un levantamiento de datos de placa de las máquinas eléctricas con el fin de saber
las características individuales de cada una de ellas. El listado de estas cargas ayudará a
determinar el valor teórico del factor de potencia, el voltaje y la corriente que demandan a
plena carga, así como la capacidad en HP´s en el caso de los motores.
Datos de máquinas recopilados de cada la Nave 1 y la potencia calculada.
Tabla 1.
Descripción HP Watts Amp Volts No. Fases
Guillotina CINCINATI mil-01 11.5 8580 39 220 3
Punzonadora EUROMAC mil-02 5.5 4103 18.65 220 3
Punzonadora AMADA mil-03 5.5 4103 18.65 220 3
Rectificadora SURFACE mil-04 1 746 3.39091 220 3
Troquel 45 ton R&K mil-05 3 2238 9.85 220 3
Dobladora di-arco mil-06 5 3730 16.9545 220 3
Dobladora VERSON mil-07 16 11936 54.2545 220 3
Dobladora DURMA mil-08 3 2238 9.85 220 3
Esmeril BALDOR mil-09 0.5 373 3.39091 110 2
Compresor CRAFTSMAN mil-11 1 746 3.39091 220 3
Compresor COLEMAN mil-12 1 746 3.39 220 3
Compresor productora mil-13 15 11190 50.8636 220 3
Una vez obtenidos estos datos se proceda a sustituir los datos obtenidos aplicando las
formulas matemáticas para obtener las potencias activas (Watts), reactivas (VAR) y
aparente (VA) de cada una de las naves.
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El factor de potencia es determinado por el coseno del ángulo de desfasamiento entre la
potencia activa y aparente. Las potencias calculadas se muestran en la siguiente tabla.
Tabla 1.1.
P S Q ᶲ COS ᶲ
Total de HP KW KVA KVAR ángulo F.P
68 50729 88.14 72.08 56.8 0.57
Total de Amp
231.64
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Mediciones Prácticas.
La mejor forma de conocer el factor de potencia es medir directamente para lo cual se
utilizó el analizador de Calidad de la Energía FLUKE 434, este instrumento de medición
tiene la capacidad de poder medir el factor de potencia, potencia reactiva, aparente y activa
de la red eléctrica, corrientes, voltajes, armónicos, fluctuaciones, desbalanceo y transitorios.
Las mediciones obtenidas por el analizador de energía Fluke 434 de la nave #1 se muestran
a continuación.
Observaciones de las lecturas de la nave #1.
Observaciones de las mediciones
Analizando las medidas obtenidas por el analizador de energía se puede observar
que se tiene pérdida de caída de tención del 20%.
Un factor de potencia de 0.80 lo cual no es tan malo.
La potencia calculada no coincide con las mediciones porque no se puede trabajar al
100% con las máquinas de la nave debido a que las condiciones de la red eléctrica
no lo permiten.
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Comportamiento al corregir el factor de potencia FP.
Considerando las medidas obtenidas para la corrección del factor de potencia al valor de
0.9 se tendría que instalar un capacitor con las siguientes características. La disminución de
potencia reactiva se puede observar en el siguiente triangulo de potencia al corregir el
factor de potencia.
Factor de potencia deseado Cos 2=0.9
Necesidad de KVARC = 19.6 (tan 1-tan 2)
Cos 1 = 0.80 tan 1=0.749
Cos 2 =0.9 tan 2=0.4834
KVARC= 19.6 (0.749 - 0.483) = 5.21
KVA2= =21.7
Se puede apreciar en el triangulo de potencia la disminución de energía no útil (reactiva) al
aumentar el valor del factor de potencia al aplicar un capacitor con valor de 5.21 KVARC,
además de la disminución de los KVA.
Kw: 19.6
Kva: 24.5 K
VA
R: 1
4.6
9.3
5.21
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Calculo teórico.
El primer actividad que se realizó fue conocer la carga total de cada nave, para esto se
elaboro un levantamiento de datos de placa de las máquinas eléctricas con el fin de saber
las características individuales de cada una de ellas. El listado de estas cargas ayudará a
determinar el valor teórico del factor de potencia, el voltaje y la corriente que demandan a
plena carga, así como la capacidad en HPs en el caso de los motores.
Datos de máquinas recopilados de la Nave 2 y la potencia calculada.
Tabla 2.
Descripción HP Watts Amp Volts No. Fases
Metalera PESTALOZZI mil-15 5 3730 16.954545 220 3
Taladro múltiple
LANDGIFFORD mil-16 4 2984 13.563636 220 3
Taladro automático WEBO mil-17 2 1492 6.7818182 220 3
Esmeril pared mil-18 0.5 373 3.3909091 110 3
Troquel 40 ton ZEHAHNEMAN mil-19 2 1492 6.7818182 220 3
Troquel 15 ton PRESSCO mil-20 1.5 1119 5.0863636 220 3
Maquina soldar CHAMPION mil-22 13200 60 220 3
Maquina de soldar tig mil-23 13200 60 220 3
Maquina soldar CHAMPION mil-24 13200 60 220 3
Maquina de soldar MILLER mil-25 13200 60 220 3
Maquina de soldar MILLER mil-26 13200 60 220 3
Maquina de soldar HOBART mil-27 13200 60 220 3
Maquina de soldar GALAGAR mil-28 13200 60 220 3
Abrasivo mil-29 1 746 3.3909091 220 3
Una vez obtenidos estos datos se proceda a sustituir los datos obtenidos aplicando las
formulas matemáticas para obtener las potencias activas (Watts), reactivas (VAR) y
aparente (VA) de cada una de las naves.
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El factor de potencia es determinado por el coseno del ángulo de desfasamiento entre la
potencia activa y aparente. Las potencias calculadas se muestran en la siguiente tabla.
Tabla 2.2.
P S Q ᶲ Cos ᶲ
Total de HP KW KVA KVAR ángulo FP
16 104.336 180.7 147.6 54.75 0.57
Total de Amp
475.95
Mediciones Prácticas
Otra forma de conocer el factor de potencia es medir directamente para lo cual se utilizó el
analizador de Calidad de la Energía FLUKE 434, este instrumento de medición tiene la
capacidad de poder medir el factor de potencia, potencia reactiva, aparente y activa de la
red eléctrica, corrientes, voltajes, armónicos, fluctuaciones, desbalanceo y transitorios.
Mediciones obtenidas por el analizador de energía Fluke 434 de la nave #2.
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Observaciones de las mediciones de la Nave 2.
Se puede observar que se trabaja con un bajo factor de potencia igual a 0.59.
Se tiene poca perdida de caída de voltaje (5%) en las líneas.
No se encuentra con desbalance de cargas considerables.
En esta nave también se encuentra con el problema de no poder trabajar al 100% de
la carga lo cual no coincide el cálculo de las tablas anteriores.
Comportamiento al corregir el factor de potencia FP.
La disminución de potencia reactiva se puede observar en el siguiente triangulo de potencia
al corregir el factor de potencia. Tomando en cuenta las medidas obtenidas por el
analizador de energía para la corrección del factor de potencia se tendrían estas
características.
Factor de Potencia deseado Cos 2=0.9
Necesidad de KVARC= 7.3 (tan 1-tan 2)
Cos 1=0.59 tan 1=1.368
Cos 2 =0.9 tan 2=0.483
KVARC= 7.3 (1.368-0.4834) = 6.45
KVA2= =8.1
KW: 7.3
Kva: 12.4 KV
AR
: 10
3.53
6.46
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Cálculo teórico
El primer paso que se realizó fue conocer la carga total de cada nave, para esto se elaboro
un levantamiento de datos de placa de las máquinas eléctricas con el fin de saber las
características individuales de cada una de ellas. El listado de estas cargas ayudará a
determinar el valor teórico del factor de potencia, el voltaje y la corriente que demandan a
plena carga, así como la capacidad en HPs en el caso de los motores
Datos de maquinas recopilados en la Nave 3
Tabla 3.
Descripción HP Watts Amp Volts No. Fases
Punteadora FARSOEL mil-31 13200 60 220 3
Punteadora de mesa mil-32 11000 50 220 3
Esmeril MGESA.TRAGESA mil-33 1 746 3.39091 220
Compresor GARNER DENVER mil-34 30 22380 101.727 220 3
Cabina de pintura gema mil-39 5 3730 16.9545 220 3
Horno de pintura gema mil-40 4 2984 13.5636 220 3
Una vez obtenidos estos datos se proceda a sustituir los datos obtenidos aplicando las
formulas matemáticas para obtener las potencias activas (Watts), reactivas (VAR) y
aparente (VA) de cada una de las naves.
El factor de potencia es determinado por el coseno del ángulo de desfasamiento entre la
potencia activa y aparente. Las potencias calculadas se muestran en la siguiente tabla.
Tabla 3.1
p S Q ᶲ Cos ᶲ
Total de hp KW KVA KVAR ángulo F.P
40 54040 93.24 78.67 57.3 0.54
Total de Amp
245.63
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Mediciones Prácticas
La mejor forma de conocer el factor de potencia es medir directamente para lo cual se
utilizó el analizador de Calidad de la Energía FLUKE 434, este instrumento de medición
tiene la capacidad de poder medir el factor de potencia, potencia reactiva, aparente y activa
de la red eléctrica, corrientes, voltajes, armónicos, fluctuaciones, desbalanceo y transitorios.
Mediciones obtenidas por el analizador de energía Fluke 434de Nave 3.
Observaciones de mediciones de Nave 3
Se trabaja con un factor de potencia de 0.86.
Se tiene poca pérdida de caída de tensión.
En esta medición se tiene una aproximación ya que la mayoría de la carga estaba
funcionando sin carga.
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Comportamiento al corregir el factor de potencia FP.
La disminución de potencia reactiva se puede observar en el siguiente triangulo de potencia
al corregir el factor de potencia
Considerando los valores obtenidos en el analizador de energía para la corrección del factor
de potencia en la Nave 3.
Factor de Potencia deseado Cos 2=0.9
Necesidad de KVARC= (tan 1-tan 2)
Cos 1=0.86 tan 1=0.593
Cos 2 =0.9 tan 2=0.483
KVARC= 32.8 (0.593-0.4834)= 3.6
kva2= =36
KW: 32.4
KVA: 37 .8
KV
AR
: 19
.3
15.6
3.6
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Potencia total calculada unidas las naves 1, 2 y 3.
Para obtener la cantidad de potencia que posiblemente se requiera si se unen las tres naves
de la empresa Miland se tomará como referencia los datos obtenidos de cada una de las
naves, los datos se muestran en las siguientes tablas.
Para obtener la potencia total se sumaran las potencias calculadas ya que estos datos son los
que idealmente se tienen en cada una de las naves, pero solo se pueden sumar las potencias
activas y reactivas, la potencia aparente es determinada por la suma algebraica que existe
entre las dos anteriores quedando:
22 QPS
22 )35.298()105.209( S
S= 364.33 KVA
La potencia aparente que se obtendría si se unieran las tres naves podría ser la cantidad
anterior, se toma en cuenta las potencias calculadas ya que se manejan a plena carga.
Nave #1 Nave #2 Nave #3
P S Q P S Q P S Q
Watts Kva
potencia
reactiva Watts Kva
potencia
reactiva Watts Kva
potencia
reactiva
50729 88.14 72.08 104336 180.785 147.6 54040 93.24 78.67
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VIII. Resultados.
Las mediciones que se obtuvieron del analizador de calidad de energía muestran que se
tienen pérdidas de voltaje principalmente en la Nave 1, este bajo voltaje puede provocar
que se dañen las tarjetas electrónicas y disminuir la vida útil de los motores eléctricos por el
sobrecalentamiento del aislamiento.
Además de calcular el factor de potencia, se determinó la potencia que se obtendría si se
decide unir las tres naves de la empresa Miland ayudando a tomar una mejor decisión para
adquirir una subestación de energía eléctrica para poder abastecer de energía a las máquinas
de las naves.
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IX. Conclusiones.
El factor de potencia disminuye principalmente por el uso de cargas inductivas debido
principalmente a los motores de inducción y las máquinas de soldar.
Un bajo factor de potencia limita la capacidad de los equipos con el riesgo de incurrir en
sobrecargas peligrosas y pérdidas excesivas con un desperdicio de energía.
El factor de potencia calculado es de forma ideal ya que se tomó en cuenta los datos de
placa de las máquinas y realmente estas condiciones de operación no se cumplieron cuando
se midió el Factor de Potencia.
En las mediciones que se realizaron se requiere que se tenga al 100% la carga de cada nave,
esto no se llevó a cabo debido a la mal instalación eléctrica y la alta carga que tiene la Nave
1.
En las mediciones se observó que no se puede seguir trabajando con el voltaje bajo que se
maneja en la Nave 1
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X. RECOMENDACIONES
Para poder trabajar con la alta carga eléctrica que producen las máquinas eléctricas en las
Naves es recomendable adquirir una subestación eléctrica que suministre la cantidad de
energía eléctrica.
También es importante mencionar que en la Nave 3 no se cuenta con protección a tierra la
cual es importante en la instalación eléctrica para la prevención de daños a las maquinas
por los picos altos de voltaje.
Para corregir el factor de potencia es preferible instalar un banco de capacitores automático,
debido a que se puede tener aumentos o disminuciones de potencia durante los diferentes
turno en los que se trabajan durante el día, estos cambios podrían provocar anomalías a la
red eléctrica.
Analizar las características individuales de cada máquina de soldar ya que estas son las que
exigen demasiada corriente provocando que se eleve la potencia.
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XI. Apéndice
Símbolo Nombre del prefijo, exponencial, factor
E Exa, , trillón
P Peta, , mil billones
T Tera, , billón
G Giga, , mil millones
M Mega, , millón
K Kilo, , mil
h hecto, , cien
Da Deca, , diez
d deci, , decimo
c centi, , centésimo
m mili, , milésimo
m micro, , millonésimo
n nano, , mil millonésimo
p pico, , billonésimo
f femto, , mil billonésimo
a atto, , trillonésimo
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Definiciones empeladas
Amp Ampere: unidad utilizada para denominar la intensidad de corriente
eléctrica.
C Símbolo de la capacitancia y grados centígrados
c.a. Corriente alterna: es una corriente que periódicamente revierte la dirección
del flujo de electrones. La razón en la que el ciclo completo ocurre por
unidad de tiempo (normalmente un segundo) se le denomina frecuencia de
la corriente.
c.c. Corriente continúa (ver Cd).
c.d. Corriente directa: es la corriente eléctrica donde los electrones fluyen en una
solo dirección.
capacitor La capacitancia es determinada por el área de las superficies, tipo de
dieléctrico y el espaciamiento entre los conductores.
CFP Corrección del factor de potencia
HP Horse Power: caballo de potencia.
I Símbolo utilizado para designar corriente.
ISO International Stándars Organization, Organización internacional de
normalización.
Kv Kilo volt: unidad de medida de tención eléctrica igual a 1000 volts.
kva Kilo volt ampere: es la suma geométrica de la potencia activa y reactiva.
FP Factor de potencia: la relación entre la potencia de trabajo o real y la
potencia total consumida
P Potencia activa: símbolo utilizado para designar a la potencia activa (Watts).
Q Potencia reactiva: es el símbolo para designar a la energía reactiva.
S Potencia aparente: símbolo utilizado para designar a ala potencia aparente.
volt Es la unidad de tención eléctrica: 1 volt será la tención eléctrica que causara
que 1 ampere de corriente fluya a través de una resistencia de 1 Ohm.
Símbolo utilizado para designar al ángulo.
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XII. Anexos.
Mediciones de la Nave 1
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Mediciones de la Nave 2
30
Mediciones de la Nave 3
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XIII. Referencias
[1] Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2005, Instalaciones Eléctricas (utilización).
[2] Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-1999, Instalaciones eléctricas (utilización).
[3] Manual de instalaciones eléctricas residenciales e industriales, edición, Enrique
Harper.
[4] http://www.abb.com.mx/abblibrary/
[5] http://www.fluke.nl/comx/search.aspx?locale=mxes