Gracias a un revolucionario trabajo de la Universidad politécnica de Valencia, España, los analizadores de calidad eléctrica ahora pueden calcular el coste de las pérdidas de energía debidas a unos sistemas eléctricos ineficaces.
Pero ¿qué es la calidad eléctrica?
La calidad eléctrica normalmente se define como la tensión que permite obtener un funcionamiento continuo y seguro de los equipos conectados a una fuente de alimentación. Normalmente se expresa como una tolerancia desde la tensión de funcionamiento normal. La tensión puede fluctuar o bajar respecto al valor normal, o por el contrario, puede subir, tener picos y sobretensiones. En estos casos, los equipos conectados se pueden reiniciar o apagarse momentáneamente; en cuyo caso se pueden producir daños, se pueden fundir fusibles o pueden saltar los diferenciales. Generador. Caja de uniones. Líneas de transmisión. Hay muchos lugares en los que se pueden producir problemas en un circuito eléctrico. Sin embargo, el 80% de los problemas de calidad eléctrica se origina dentro de las instalaciones del usuario. Los problemas pueden deberse a problemas de calidad eléctrica como desequilibrios o armónicos, así como a una instalación eléctrica deficiente, unos cables dañados o una conexión a tierra incorrecta. El arranque de una carga muy alta en una instalación puede afectar a los equipos cercanos, porque un consumo muy alto de corriente puede provocar variaciones en la tensión de alimentación. Los síntomas incluyen reinicios de los equipos o activación de los disyuntores. Los controles lógicos programables (en inglés, PLC) y los variadores pueden resultar afectados, puesto que las señales de control se interrumpen. Los motores y los transformadores se pueden sobrecalentar o pueden tener un ruido excesivo. Los ordenadores se pueden bloquear y causar pérdida de datos. Ya sean fluctuaciones, subidas de tensión, parpadeos de tensión o transitorios, las alteraciones eléctricas aumentan los costes operativos, incluida la energía, y acarrean averías prematuras en los equipos.
En busca de la medida perfecta
Desde los años 40, las fórmulas para la medida de la calidad eléctrica se han basado en tensiones sin distorsión y sistemas equilibrados de motores, sistemas de iluminación y otras cargas lineales cotidianas. Con la llegada de los equipos electrónicos como ordenadores y variadores, las cargas comenzaron a ser "no lineales" y empezaron a producir armónicos, lo que a menudo provocaba tensiones distorsionadas y corrientes que afectaban a las características de la potencia suministrada y a la capacidad del equipo necesario para suministrar dicha potencia. A lo largo de los años se han realizado diferentes intentos para llegar a una medida universal de la calidad eléctrica que tuviera en cuenta los equipos actuales. En el año 2000, el Instituto de ingenieros eléctricos y electrónicos (en inglés, IEEE) estableció el Estándar 1459. Este conjunto de definiciones y fórmulas permitía a los fabricantes de medidores y otros equipos de supervisión implementar unas medidas precisas en cuanto al suministro eléctrico en entornos con una distorsión importante. Sin embargo, a pesar de que la norma 1459 proporcionaba definiciones de la medida de la potencia, las fórmulas expresaban la calidad eléctrica en unos valores que eran más comparativos que tangibles. Dicho de otra forma, los valores eran más académicos que prácticos.
“No hay nada igual en el mercado”
Desde la llegada del Estándar 1459, tanto investigadores como ingenieros han buscado una fórmula que exprese la calidad eléctrica en unos términos más útiles para los ingenieros y electricistas. Los profesores Vicente León Martínez y Joaquín Montañana Romeu de la Universidad de Valencia (España), tuvieron la inspiración de incorporar la pérdida de energía a la ecuación. “Formamos nuestro equipo de investigación en 1996 para intentar explicar el funcionamiento de los sistemas eléctricos y buscar su máxima eficacia”, explica Vicente. Joaquín añade: “Si conocemos la energía perdida podemos calcular el ahorro que dejamos de tener. No hay nada igual en el mercado.”
El algoritmo Valencia: la energía perdida es dinero malgastado.
Desde su inauguración en 1968, la Universidad politécnica de Valencia se ha forjado una excelente reputación como instalación de enseñanza e investigación, y ha llevado a cabo diferentes proyectos de investigación aplicada de forma conjunta con diferentes organismos y empresas internacionales. Estos proyectos generaron unos ingresos para la institución de 52 millones de euros en investigación y desarrollo, junto con más de 200 patentes. Los profesores León y Montañana finalmente crearon una patente por un innovador trabajo que finalmente daría lugar al desarrollo de un analizador de calidad eléctrica. Como instructores del Departamento de Ingeniería eléctrica, fueron pioneros en el desarrollo de un algoritmo matemático que analiza los sistemas eléctricos en términos de eficiencia energética. Gracias a una serie de experimentos prácticos y teóricos con empresas automovilísticas, eléctricas y otras, pudieron probar y verificar su fórmula, analizando la pérdida de energía y calculando los costes correspondientes para las organizaciones respectivas.
Analizadores de la calidad de la potencia: Despejando la incertidumbre de la ecuación de la calidad eléctrica
Desde la introducción de los analizadores de calidad eléctrica, los usuarios han podido comprobar la calidad eléctrica en la misma acometida de servicio, comprobar la capacidad del sistema antes de agregar cargas, detectar y prevenir problemas de calidad eléctrica antes de que causen inactividad y descubrir problemas intermitentes difíciles de detectar. Los analizadores de solución de problemas con pantalla muestran medidas trifásicas de armónicos, potencia, subidas y bajadas de tensión, transitorios, tensión y formas de onda de corriente. Además, gracias al método de medida de potencia unificada desarrollado por la Universidad de Valencia, la monetización de la pérdida de energía debida a una pobre calidad elécrtica puede ser una parte viable de sus medidas.
En términos prácticos
Para comprender lo que esto implica en aplicaciones industriales vamos a considerar brevemente dos ejemplos. Los sistemas con accionamientos de gran tamaño, como los motores eléctricos, inyectan una gran cantidad de armónicos en la red eléctrica, lo que distorsiona la señal de tensión. Sobrecalentamiento en los conductores, cables quemados, conexiones defectuosas. Con los sistemas trifásicos, se pueden generar cargas si la corriente no está equilibrada. Los motores dejan de girar de forma concéntrica. Los ejes vibran y provocan desalineaciones. Un sistema ineficaz necesita más energía y con el tiempo llega a averiarse. En todos los casos, un análisis apropiado de la calidad eléctrica puede detectar los problemas. El cálculo de la energía puede determinar la cantidad de energía que se está malgastando y su coste correspondiente. De ese modo, las empresas pueden desarrollar un plan de coste/beneficio para realizar la reparación o sustitución.
Los analizadores de calidad eléctrica, ahora con más potencia que nunca.
La Universidad de Valencia y Fluke, Inc. han colaborado buscando el beneficio del usuario final. Las herramientas de comprobación no sólo permiten analizar la calidad eléctrica, sino que permitirán calcular la pérdida de energía debida a una calidad eléctrica deficiente, aplicar una cuantificación monetaria a dicha pérdida y localizar soluciones apropiadas para eliminar los problemas. En resumen, las instalaciones serán más eficaces... Y las empresas ahorrarán dinero.