Intalación de plantas eléctricas

1. DISEÑO Y GESTION
DE PLANTAS
INGENIERIA INDUSTRIAL
SEMANA 6 INSTALACIONES ELECTRICAS

2. ES La más demandada del mundo industrializado.
DEPENDEMOS DE
ELLA PARA
El transporte, las comunicaciones, la alimentación, el funcionamiento
de las oficinas, fábricas y establecimientos de todo tipo.
El bienestar y la calidad de vida en nuestras casas.
NO SE PUEDE
ALMACENAR
A diferencia del carbón o del petróleo, no podemos almacenarla,
lo que nos obliga a tener una extensa y compleja red que una el
proceso de generación de esta energía con su consumo, y que
permita el abastecimiento de energía eléctrica en situaciones de
gran demanda.
SE PRODUCE A
PARTIR
De las fuentes de energía renovables y no renovables, en
diferentes tipos de centrales.
PRESENTA
INCONVENIENTES
A pesar de ser una energía limpia, su proceso de producción tiene
consecuencias negativas para el medio ambiente.
Energía Eléctrica

3. Las fuentes de energía primaria, renovables y no renovables, se aprovechan para
producir energía eléctrica en centrales que suelen tener una estructura común,
compuesta por:
CALDERA
En ella se quema el combustible; así, su energía química se transforma en
energía térmica que calienta agua, haciendo que esta pasa a estado de
vapor.
TURBINA
Es un conjunto de aspas situadas sobre un eje y que giran en la misma
dirección cuando pasa por ellas vapor de agua. De ese modo, la energía
térmica del vapor se transforma en energía cinética.
REFRIGERADOR
El vapor de agua que ha movido la turbina tiene que enfriarse para volver a
utilizarse.
GENERADOR
Es la parte de toda central eléctrica que transforma la energía cinética de las
aspas de la turbina en electricidad.

4. Cómo son las centrales de producción de energía eléctrica
TÉRMICA
NUCLEAR
HIDROELÉCTRICA
GEOTÉRMICA
SOLAR TÉRMICA
SOLAR
FOTOVOLTAICA
EÓLICA
MAREMOTRIZ

5. Las centrales térmicas utilizan de forma general combustibles fósiles, esto es, energías no
renovables, como energía primaria; otro inconveniente que presentan es que emiten gases
contaminantes a la atmósfera.
Esquema de funcionamiento de una central térmica
Combustible
Caldera Vapor
Agua Generador Transformador
Torre de
refrigeración
Línea de
transmisión
Turbinas

6. Las centrales nucleares funcionan de un modo similar al de una central térmica, pero
aquí su combustibles es uranio, que, tras una reacción nuclear, desprende una gran
cantidad de energía. Su ventaja es que no emiten gases contaminantes y producen una
energía barata; el inconveniente, la generación de residuos nucleares letales para los
seres vivos.
Esquema de funcionamiento de una central nuclear
Reactor
Vapor
Barras
de control
Generador
de vapor
Edificio
de contención
Agua
Generador Transformador
Torre de
refrigeración
Línea de
transmisión
Turbinas
https://www.youtube.com/watch?v=BGHc7nt3nMY
https://www.youtube.com/watch?v=q5MoMnjjk_Y
https://www.youtube.com/watch?v=Wg-an1EO6ik
https://www.bbc.com/mundo/noticias-53681216

7. Las centrales hidroeléctricas utilizan una energía renovable, ya que el agua almacenada en los
embalses, que es la energía primaria, es repuesta por el ciclo hidrológico natural. Junto con las
centrales térmicas y las nucleares, son las más utilizadas en la actualidad.
Esquema de funcionamiento de una central hidroeléctrica
Compuerta
Presa
Embalse
Turbina
Generador
Transformador
Línea de
transmisión

8. Las centrales geotérmicas se pueden aprovechar, tan solo, en zonas donde las manifestaciones
geotérmicas, como géiseres y volcanes, sean más superficiales; así, su uso está muy poco extendido.
Esquema de funcionamiento de una central geotérmica
Lluvia
Circulación
de agua
Agua
caliente
Bombas
Agua
fría
Bomba
Generador
Condensador Bomba
Terreno impermeable
Torre de
refrigeración
Línea de
transmisión
Turbina
Fuente de calor
Cambiador de
calor

9. Las centrales solares térmicas constan de un campo de heliostatos, que es una gran superficie
cubierta de espejos que concentran la radiación captada en un receptor, generalmente una torre,
en el que se encuentran la turbina y el receptor.
Esquema de funcionamiento de una central solar térmica
Central solar de media temperatura Central solar de media temperatura
Emplean colectores que concentran la radiación
solar que reciben en un elemento receptor de
superficie muy reducida en las que se alcanzan
temperaturas de hasta 300 ºC.
En ellas, la radiación solar incide en un campo de
heliostatos (grande espejos) que concentran la
radiación solar en un receptor, generalmente una
torre, donde están la turbina y el generador.
Colectores
Tanques
de aceite Caldera Vapor
Turbina
Alternador
Transformador
Colector
Tanques
de sodio
Caldera
Vapor
Turbina
Alternador
Transformador
Heliostatos
Agua

10. Las centrales solares fotovoltaicas transforman directamente la energía solar en energía eléctrica, sin
necesidad de que exista ningún elemento móvil, gracias a las células fotovoltaicas, que están
fabricadas con silicio. Se utilizan, además, para suministrar electricidad a satélites y estaciones
espaciales.
Esquema de funcionamiento de una célula fotoeléctrica
Dos capas
de silicio
Contacto metálico superior (+) Contacto metálico inferior (--)
Radiación
solar

11. Las centrales eólicas aprovechan la energía del viento para producir electricidad; presenta
inconvenientes, como un impacto visual negativo y la interferencia con las rutas de aves migratorias;
además, se ve afectada por las condiciones meteorológicas.
Esquema de funcionamiento de un aerogenerador
Pala del rotor,
generalmente
construida en
fibra de vidrio Soporte o torre
Generador

12. Las centrales maremotrices aprovechan la energía de las enormes masa de agua en movimiento de los
mares y océanos. En la actualidad solo existe una, en Francia, ya que, a pesar de la ingente cantidad de
energía que tiene el agua del mar, su aprovechamiento es muy complicado.
Esquema de funcionamiento de una central maremotriz
En la bajamar,el agua
almacenada sale hacia
fuera, haciendo girar
nuevamente las
turbinas
En la pleamar, al agua pasa a
través del dique en dirección al
río, moviendo las turbinas
El agua se
almacena en el
río, que actúa
como un pantano
Rejilla (filtro) Turbina

13. El transporte de energía eléctrica:
La red de transporte de energía eléctrica es la parte del sistema de suministro eléctrico constituida por los elementos
necesarios para llevar, a través de largas distancias, la energía eléctrica generada en las distintas centrales hacia los puntos
de consumo.
Esta red está formada por una extensa y entramada red de 34 700 km de cables y torres de alta tensión y 3 400
subestaciones que permiten que se transforme el voltaje de salida en el adecuado para las industrias o los consumidores.

14. Esquema de la red de transporte de energía eléctrica
Planta de
generación
Red de transporte
(200 kV-400 kV)
Parque
de generación
Consumo industrial
(132 kV-12,5 kV)
Consumo doméstico
(220 V-380 V)
Subestación
de distribución
Centro de control eléctrico

15. Una línea de transporte de energía eléctrica o línea de alta tensión es el medio físico mediante el cual se realiza la
transmisión de la energía eléctrica a grandes distancias.
Está constituida por un elemento conductor, usualmente cables de cobre o aluminio, y por elementos de soporte, que son
las torres de alta tensión.
Elemento
conductor
Elemento de
soporte

16. La energía que llega de la red de transporte tiene un voltaje alto para poder recorrer largas distancias; en la subestación,
mediante un transformador, se reduce esta tensión para iniciar su distribución.
Salida de la energía eléctrica
al voltaje adecuado (132 kV
o menor)
Entrada de la energía
eléctrica procedente de la
planta de generacion (220
kV-400 kV)

17. El centro de control eléctrico es el responsable de la operación y supervisión coordinada en tiempo real de las instalaciones
de generación y de transporte del sistema eléctrico español.
Con toda la información recibida de las subestaciones se comprueba el funcionamiento del sistema eléctrico en su conjunto,
y se toman decisiones para modificarlo o corregirlo si procede.

18. 9. Servicios Generales de Planta (A)
• LOS SERVICIOS GENERALES EN UNA PLANTA INDUSTRIAL:
• Se cuentan con diversos servicios, entre los que tenemos:
• 1. Planta Fuerza ( calderas, torres de enfriamiento, chillers,
compresoras, bombas, etc)
• 2. Taller Mecánico eléctrico.
• 3. Sub Estación de Gas Natural.
• 4. sub Estación Eléctrica.
• 5. Planta de Tratamiento de agua.
• (ablandador, desionizador, osmosis inversa, etc.)

19. 9. Servicios Generales de Planta (A)
• SUB ESTACION ELECTRICA:
• Es una instalación destinada a modificar y establecer los niveles de
tensión de una infraestructura eléctrica, para facilitar el transporte y
distribución de la energía eléctrica. Su equipo principal es el
transformador. Normalmente está dividida en secciones:
• Sección de medición - Sección para las cuchillas de paso y
• Sección para el interruptor.

20. 9. Servicios Generales de Planta (A)
• Energía Reactiva: Es la energía que necesitan los equipos al
momento de arrancar en función del tiempo. Cuando una planta
tiene altos consumos de energía Reactiva se debe adaptar
condensadores.
• La energía reactiva se origina por la presencia de bobinas de
inducción en Bombas centrifugas, motores diversos, etc.
• Energía Activa: Es la energía que necesitan los equipos para su
funcionamiento normal.
Energía Aparente = H
Energía Activa = C.A
Energía Reactiva = C.O
ϕ

21. 9. CALCULO DE LA ENERGIA REQUERIDA PARA EL PROYECTO
A. ENERGIA PARA EQUIPOS:
• Energía Reactiva = Energía Aparente x sen
• Energía activa = Energía Aparente x cos
Energía Aparente = H
Energía Activa = C.A
Energía Reactiva = C.O
ϕ
ϕ
ϕ

22. 9. CALCULO DE LA ENERGIA REQUERIDA PARA EL PROYECTO
• Energía Aparente: Es la energía de diseño que podrían consumir
los equipos de una planta industrial a pleno funcionamiento
Energía Aparente = H
Energía Activa = C.A
Energía Reactiva = C.O
ϕ
• H 2 = a 2 + b 2
• Sen ϕ= Cat. Opt.
• Hipot.
• Cos ϕ = Cat. Adyac.
• Hipot.
• Energía Reactiva = Energía Aparente x sen
• Energía activa = Energía Aparente x cos

23. 9. CALCULO DE LA ENERGIA REQUERIDA PARA EL PROYECTO
• Ejemplo: Una compañía productora de Néctares requiere saber
cual es el consumo y costo total de Energía por mes de todo sus
instalaciones y equipos???
• A. CARGA ENERGETICA POR EQUIPOS (MOTORES):
• Sen ϕ = Cat. Opt.
• Hipot.
• Cos ϕ= Cat. Adyac.
• Hipot.
Equipo HP Kw Tiempo Energia Cos ϕ Sen ϕ E. Activa E. Rva
H Aparente Kw Kw
Reactor 5 3 0,86
Caldero 7,5 7 0,90
Secador 5 3 0,75
Bomba 0,5 1 0,75
• 1 Hp = 0,746 Kwatt
• Energía Aparente = Kw x Tiempo (Horas)
• Energía Reactiva = Energía Aparente x sen ϕ
• Energía activa = Energía Aparente x cos ϕ

24. 9. CALCULO DE LA ENERGIA REQUERIDA PARA EL PROYECTO
• Ejemplo: Una compañía productora de Néctares requiere saber
cual es el consumo y costo total de Energía por mes de todo sus
instalaciones y equipos???
• A. CARGA ENERGETICA POR EQUIPOS (MOTORES):
• Energía Reactiva = Energía Aparente x sen ϕ
• Energía activa = Energía Aparente x cos ϕ
Equipo HP Kw Tiempo Energia Cos ϕ Sen ϕ E. Activa E. Rva
H Aparente Kw Kw
Reactor 5 3,73 3 11,19 0,86 0,510 9,62 5,71
Caldero 7,5 5,60 7 39,165 0,9 0,436 35,25 17,07
Secador 5 3,73 3 0,75
Bomba 0,5 0,37 1 0,75
61,918 53,54 30,43

25. 9. CALCULO DE LA ENERGIA REQUERIDA PARA EL PROYECTO
• B. ENERGIA PARA LA ILUMINACION:
• Se determina sumando las distintas aéreas de la planta
multiplicando la intensidad de la luminosidad / m2 y por el
tiempo de operación:
• Energía iluminac = Area x Iluminacion xT = Kw - H
• Eilum Prod = 200 m2 x 12H x 30 watt /m2 / 1000 = 72 Kw-H
Sección Cia.
Area Iluminacon tiempo
M2 Watt/m2 H
Produccion 12
Laboratorio 6
almacen 8
LABORATORIO
PRODUCCION
ALMACEN
L = 50 M
a = 40 M
A = 5 M
l = 10 M l = 7 M
A = 5 M
60 Focos de 100
Watt/c.u
8 Focos de 100
5 focos de 15
Watt/c.u
8 Focos de 100
4 focos de 50
Watt/c.u

26. 9. CALCULO DE LA ENERGIA REQUERIDA PARA EL PROYECTO
• B. ENERGIA PARA LA ILUMINACION:
• Se determina sumando las distintas aéreas de la planta
multiplicando la intensidad de la luminosidad / m2 y por el
tiempo de operación:
• Energía iluminac = Area x Iluminacion xT = Kw - H
• Eilum Prod = 200 m2 x 12H x 30 watt /m2 / 1000 = 72 Kw-H
Sección Cia.
Area Iluminacon tiempo
M2 Watt/m2 H
Produccion 200 30 12
Laboratorio 35 25 6
almacen 50 20 8

27. 9. CALCULO DE LA ENERGIA REQUERIDA PARA EL PROYECTO
• B. ENERGIA PARA LA ILUMINACION:
• Se determina sumando las distintas aéreas de la planta
multiplicando la intensidad de la luminosidad / m2 y por el
tiempo de operación:
• Por lo tanto:
• Etotal = Eiluminacion + E activa + E rva
• Etotal = 85,25 kw-h + 53,54 + 30,43 = 169.22 Kw-Dia
Sección Cia.
Area Iluminacon tiempo Sum E ilumin
M2 Watt/m2 H Kw-H
Producción 200 30 12 72
Laboratorio 35 25 6 5,25
almacen 50 20 8 8
85,25

28. 9. CALCULO DE LA ENERGIA REQUERIDA PARA EL PROYECTO
• C. COSTO DE LA ENERGIA TOTAL CONSUMIDA:
• FINALMENTE DETERMINAMOS EL COSTO MENSUAL QUE REPRESENTA
EL CONSUMO TOTAL DE ENERGIA EN LA EMPRESA SUPONIENDO QUE
LA TARIFA ELECTRICA PARA INDUSTRIA ES: 0,12 $/Kw-H Y ESTA OPERA
25 DIAS/MES.
• Etotal = 85,25 Kw-H + 53,54 + 30,43 = 169.22 Kw-DIA
• Ctotal = 169.22 Kw-H x 25 dias/mes x 0,12 $/Kw-H x 24 H
• Ctotal = 12183.8 $/mes.

29. 9. CALCULO DE LA ENERGIA REQUERIDA PARA EL PROYECTO
• Ejemplo 2: En una planta Industrial se tienen los equipos que se
señala a continuación con sus correspondientes potencias y
tiempos de operación. Calcular:???
a. Energía Reactiva, E. Reactiva, E. Aparente, E. Iluminación y E. total.
b. Determine el Costo de la energía a pagar mensualmente si se sabe que la planta
opera 6 dias/semana, el precio/hora de energía es: 0,18 $/Kwatt-H
Equipo
Poten
cia Tiempo Cos
Sen E. E. E.
PLANTA Área Iluminación Tiempo
operac.
H Φ
Φ Apar Rva Act
pie2 Watt/m2 H
MOLINO 5 HP 3 0.89 Producción 400 30 12
REACTOR 10 HP 6 0.90 Laboratorio 40 25 6
CALDERO 10 KW 8 0.75 Planta fuerza 80 20 8
CENTRIFUGA 3 HP 2 0.85 Almacén 30 15 12
SECADOR 3 KW 4 0.85 Vigilancia 30 20 8
ATOMIZADO
R 12 HP 12
0.76
Oficina 70 35 9
HORNO 9 HP 7 0.8 Talleres 120 50 16

30. Cálculos en Instalaciones Eléctricas
• 1.- Superficie: Se toma como base una unidad habitacional de
hasta 150m2
• 2.- Demanda: La demanda máxima simultánea es no mayor de
6000VA.
• 3.- Número de circuitos: Siendo una instalación de electrificación
media, será como mínimo:
• Un circuito para bocas de alumbrado.
• Un circuito para toma corriente.
• Un circuito para usos especiales.

31. •Una boca de tomacorriente por cada 6 metros cuadrados de superficie.
Una boca de alumbrado por cada 20 metros cuadrados de superficie.
SALA DE ESTAR / COMEDOR
•Tres bocas de tomacorrientes.
Una boca de alumbrado.
SALA DE RECEPCIÓN
•Tres bocas de tomacorrientes.
Dos bocas de alumbrado.
SALA MULTIUSOS
•Una boca de alumbrado.
Una boca de tomacorriente.
BAÑO
•Una boca de alumbrado.
Una boca de tomacorriente por cada 12 metros cuadrados.
VESTÍBULO
•Una boca de alumbrado.
Una boca de tomacorriente por cada 5 metros de longitud.
PASILLOS
Nota: Si se prevee artefactos de ubicación fija se instalará un tomacorriente para cada uno de ellos

32. Calcular el número de luminarias y de tomacorrientes
1m
3m
3m 3m
3m
3m
2m
2m
2m

33. N° BOCAS -
TOMACORRIENTES LUMINARIAS
TOMACORRIENTES
2 BOCAS
TOMACORRIENTES
3 BOCAS
COCINA 3 2 2
LAVADERO 1 1 1
EMPACADO Y ETIQUETADO 2 3 1
ALMACEN 8 3 3
BAÑO 1 1 1
PASILLOS 1 2 1 1
PASILLOS 2 1 1 1
PASILLOS 3 1 1 1
PASILLOS 4 1 1 1
PASILLOS 5 2 1 1
PASILLOS 6 1 1 1
PASILLOS 7 2 1 1
PASILLOS 8 2 1 1

34. Determinación de la carga o potencia consumida
Cálculo por unidad de plantas industriales:
Circuito de alumbrado Nº de bocas = 13
66% x 220VA x Nº bocas =
= 0,66 x 220 x 13 = 1887,6VA
Tomacorrientes(10tomas): 220VA x toma = 2200VA
Usos especiales(FS): 2750VA x 1 = 2750VA
Total:6637,6 VA