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Adiós a las pérdidas ocasionadas por los armónicos

Aquellas industrias que tengan equipos de control y regulación, convertidores de potencia, o soldadura por arco, están expuestas a pérdidas energéticas provocada por la distorsión eléctrica derivada de los armónicos que introducen estas cargas no lineales.

En este artículo se aporta un caso práctico con la evaluación del impacto y su propuesta de solución o mitigación.

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¿Es ‘saludable’ la eficiencia energética de nuestros hospitales?

Con una red de centros hospitalarios amplia (uno por cada 50.000 españoles), de un alto consumo energético por edificio (175 camas por hospital, y en régimen de funcionamiento ininterrumpido todo el año), lo convierten en uno de los sectores más sensibles de cara a la eficiencia energética.

En este artículo se analiza el estado de la eficiencia energética para un colectivo de hospitales y se proponen algunas mejoras en sus instalaciones para reducir la demanda y el consumo de energía.

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El papel del certificado energético

Se van a cumplir cinco años desde que se estableció la obligatoriedad de realizar un procedimiento para obtener el certificado energético, necesario en toda transacción inmobiliaria de compra-venta o alquiler.

En este artículo se hace balance de su contribución en la sostenibilidad y eficiencia energética de nuestros edificios.

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Uso y aplicación de los analizadores de redes eléctricas

El analizador de redes es una herramienta básica para un auditor o técnico eléctrico que desee ejecutar un plan de medidas para un estudio energético completo de una instalación o proceso. Estos equipos pueden ser fijos o portátiles, y permiten tomar medidas de energía, potencia y calidad de señal en máquinas eléctricas, subsistemas aislados, o bien, de la red completa.

¿Para qué sirve un analizador de redes?

Un analizador de redes eléctricas, también denominados registradores de red,  en una herramienta indispensable  como soporte los siguientes análisis:
  • Estudios de carga – permite verificar la capacidad de la red eléctrico antes de agregar nuevas cargas, o bien, para ajustar la potencia de su suministro. Posibilita también conocer el factor de utilización de un equipo o subsistema.
  • Evaluaciones de energía – posibilita conocer el consumo de energía antes y después de realizar mejoras en su instalación, para medir y verificar el ahorro de energía obtenido.
  • Mediciones de armónicas – permite descubrir problemas con las armónicas que pueden causar daños o perturbar a equipos críticos.
  • Captura de sucesos de voltaje – monitorice la existencia de huecos de voltaje y sobretensiones que causan restablecimientos espurios o activación inexplicada de disyuntores.

Manejo de los analizadores de redes

Es aconsejable que el profesional que maneje estos equipos tenga la capacitación adecuada y el conocimiento del procedimiento de seguridad a aplicar en instalaciones eléctricas. Los pasos a seguir en el manejo de un analizador de redes eléctricas son:
  1. Verificar los sistemas de seguridad
  2. Preparar el equipo de medida
  3. Configurar el equipo (topología de la red , fecha y frecuencia de media)
  4. Establecer la conexión del equipo empezando por este orden: puesta a tierra, pinzas de tensión y sondas amperimétricas
  5. Encendido del analizador y comprobación de la señal
  6. Iniciar el registro de las medidas (diarias, semanales, mensuales)
  7. Desconexión del equipo y descarga de datos
La gran mayoría de fabricantes de estos equipos ponen a disposición de los usuarios el software para la descarga y con capacidades para el procesamiento de los datos obtenidos y la presentación de informes.

Riesgos laborales

El riesgo inherente en el manejo de estos equipos y su conexión a la red está en la electrocución. En todo momento, deberá observarse con cuidado las normas de seguridad relativas a redes eléctricas y emplear EPI (Equipos Protección Individual) adecuados a la normativa. Dichos equipos de protección básica aplicables en el manejo de analizadores de redes portátiles son:
  • Botas aislantes
  • Guantes de protección dieléctricos y cubreguantes (al menos clase 00)
  • Casco de seguridad para electricistas
  • Gafas de protección y/o, preferentemente, pantalla adherida al casco.
  • Detector de tensión en el caso de que sea factible trabajar desconectado a la red
La ropa deberá ser preferiblemente de algodón sin ningún componentes de metal y con mangas largas para evitar riesgo de arco eléctrico. Por tanto, siempre que sea posible, se realizará la medida sin tensión, aunque existen equipos que no se pueden apagar o cuyo rearme es costoso por lo que a veces no queda más remedio que conectar el equipo con carga.

Certificado de calibración medida

Todo equipo analizador de redes deberá tener el certificado de calibración emitido por una entidad acreditada (ENAC) que permita dar veracidad a las medidas realizadas. La calibración del analizador de redes es indispensable para aseverar que el instrumentos es fiable y presentan una buena repetibilidad. Por ello, se recomienda revisar estos equipos y renovar el certificado anualmente.

Casos prácticos

A continuación, se ilustra el resultado de las medidas realizadas con un analizador Fluke 1735 sobre un equipo industrial monitorizado durante una mañana (3 horas). El registrador se configuró para almacenar un registro por minuto.

Estudio de carga

Se acompaña un gráfico con la evolución temporal de la potencia activa y reactiva del equipo: Análisis carga El equipo tiene una potencia base de 15 kW conectado a la red trifásica (3 x 400V). Se observa un pico de carga entre las 10:00 y las 10:40 que alcanza el doble de potencia. Adicionalmente, se registran incrementos de aproximadamente 5 kW en pequeños ciclos simétricos que duran entre tres a cuatro minutos. A tenor del gráfico, la carga analizada es no lineal, por su repetitividad cíclica, lo cual presupone que tendrá una distorsión en la calidad de la señal eléctrica. El consumo energético total fue de 55 kWh, lo cual supuso un coste de 2€/h según la tarifa de acceso del suministro.

Análisis del factor de potencia

Por otro lado, las medidas del factor de potencia en el tiempo indican que el equipo contribuye directamente a la penalización en la factura eléctrica por este concepto al situarse por debajo de 0,95 (para más información, véase este artículo del blog).

Factor de potencia

Equilibrado de fases

En este otro caso de prueba, verificamos si las fases están equilibradas en términos de intensidad y tensión, respectivamente: En conclusión, la fase 1 se encuentra algo menos sobrecargada, mientras que la fase 2 presenta un valor de voltaje un 4% superior. El perfil de la curva de tensión para las fases 2 y 3 es muy similar, en cambio, la fase 1 es diferente.

Calidad de señal

El análisis de los armónicos permitirá valorar el impacto de la calidad en el rendimiento de los equipos. La intensidad en la fase 2 es la que mayor distorsión armónica presenta, cuyo gráfico es el que se acompaña: Análisis de armónicos La gráfica anterior indica la presencia de un quinto y séptimo armónico en la intensidad de la fase 2. En este otro artículo del blog de MaesWell, se desarrolla este caso de forma más extensa.
 

Análice el rendimiento de su caldera de gas

Algunos consejos para que tenga a punto su caldera de gas mural individual. Conozca en qué consiste la revisión obligatoria y por qué es recomendable realizarla periódicamente.

¿Por qué es necesario la revisión de su caldera?

Hace unas semanas publicamos un artículo en el blog en el que se que se indicaba que las calderas de gas murales de potencia inferior o igual a 70kW deben ser revisadas por su propietrio o usuario cada 2 años por un técnico especialista, según normativa local. Adicionalmente, la empresa distribuidora de gas está en el derecho de revisar cada 5 años las instalaciones de gas canalizado. A tal efecto, tiene la obligación de avisar al titular con, al menos, cinco días de antelación y de mandar un inspector. La inspección de la distribuidora la paga el usuario consumidor, que recibirá el cargo en la siguiente factura de gas. Por tanto, conviene que digitalice el informe con el certificado de la revisión bianual de su caldera para presentar en una futura inspección. Lo más importante es la utilidad de la revisión pues facilitará la puesta a punto de los parámetros de combustión y su mantenimiento preventivo. El coste de la revisión completa está entorno a los 75 – 100 euros (IVA incl.). Tenga en cuenta que el precio de estas operaciones de mantenimiento es libre y lo abona el usuario. En el caso de las instalaciones domésticas individuales (potencia inferior a 70 kW), se debe tener en cuenta que no es necesario suscribir un contrato de mantenimiento. Informamos de los pasos realizados en la revisión de una caldera de gas natural de 24kW. En primer lugar, le aconsejamos que contacte con un profesional autorizado y que se asegure de que tenga en vigor la licencia, antes de ejecutar la revisión. Posteriormente a la solicitud de varios presupuestos se escogió una empresa cuyo alcance de trabajos y pasos fueron:
  1. Comprobación de la seguridad y del estado de la instalación
  2. Verificación de la estanqueidad de la cámara de combustión y del funcionamiento correcto del quemador
  3. Limpieza y aspirado de la ceniza que se deposita en la cámara de combustión por restos de inquemados
  4. Raspado de los tubos aleteados para facilitar la conducción del calor
  5. Verificación del rendimiento instántáneo con la sonda del analizador de gases a plena carga
  6. Entrega de la factura y del informe firmado por el técnico

Comprobación del rendimiento instantáneo

Empleamos un analizador de gases para la medición de los parámetros de combustión. Para ello aplicamos el procedimiento de medida operando la caldera con plena carga después de 5 minutos de su puesta en marcha. La sonda de gases se ubicó a la salida de gases en un orificio practicado a unos 15 cm del tiro y se esperó 2 minutos hasta el registro de la medida. Se acompaña el ticket resultante con los principales parámetros de combustión a la salida de los gases.  El calor latente perdido por los gases representa un 13%, con lo cual el rendimiento instantáneo en régimen de plena carga es del 87%.
Ticket analizador de gases
Resultado informe analizador de gases
La estimación de este rendimiento instantáneo se basa en el método indirecto como resultado de aplicar la fórmula adaptada de Sieggert. A continuación, se muestra el diagrama Sankey con el balance energético del proceso de combustión: Diagrama de Sankey   Como única anomalía, indicar que los niveles de emisión de CO2 el porcentaje se encuentra por debajo del valor asumible (>4,5%) para calderas de gas natural.

Cálculo del rendimiento estacional

El rendimiento estacional de una caldera contempla las pérdidas debidas a los periodos de parada en donde cede calor al ambiente a través de su envolvente, hasta enfriarse y, además, cede calor al circuito de humos debido a la circulación de aire en los periodos de parada y en las arrancadas en el proceso de prebarrido. Estas pérdidas de calor son conocidas como pérdidas por disposición de servicio. Por tanto, el rendimiento estacional es el que mide la eficiencia real del equipo de climatización, y será siempre inferior al rendimiento instantáneo medido anteriormente. Este parámetro de eficiencia se calcula según la siguiente expresión: donde:
  • Rg = Rendimiento estacional de la caldera (%)
  • Rc = Rendimiento instantáneo de combustión (%)
  • Pn = Potencia nominal de la caldera (kW)
  • Pp = Potencia media real de producción (kW)
  • Co = Coeficiente de Operación, que para el tipo de caldera del ejemplo es del 0,05.
El resultado obtenido: 83,10% indica que la caldera se encuentra en buen estado pues el rendimiento de la combustión es aceptable. Sin embargo, se recuerda que dicho valor se encuentra por debajo del requisito exigido para calderas instaladas en obra de nueva construcción (según RITE).

¿Compensa renovar la caldera?

Nos planteamos si nos compensa sustituir la caldera analizada, con más de 15 años de antigüedad, por otra de condensación, más moderna y eficiente. Las calderas de condensación tienen un mejor rendimiento (hasta un 108 – 110%) pues recuperan el calor latente de los gases de escape. En contrapartida, requieren de una instalación para la recogida del agua condensada que encarece la inversión necesaria (1.200€; repartidos en 850 de caldera y 350 de instalación, IVA no incl.). Para el perfil de consumo actual de la caldera analizada, el ahorro anual que supondría reemplazarla por una de condensación sería de tan sólo 110€ (cálculo del ahorro considerando que la caldera de condensación tiene un rendimiento del 105% y para un coste del combustible de 0,045/kWh). Por tanto, el retorno de la inversión es de 11 años, desconsiderando el valor residual de la caldera actual. En conclusión, nuestra recomendación es demorar la sustitución del equipo hasta una próxima revisión oficial, pues el estado actual es bueno, no existe una anomalía grave y no requiere de un mantenimiento costoso.