Análisis objetivo la inocuidad del sistema ELSPEC EQ, de los sistemas de compensación capacitiva tipo TSC y, en general, de cualquier tecnología de compensación de energía reactiva para lograr condiciones de ahorro significativas mediante la reducción del consumo de energía activa en sistemas industriales, bajo el concepto de reducción sostenida en el voltaje de operación o CVR (Conservation Voltage Reduction).

1. INOCUIDAD DE SISTEMAS ELSPEC EQ Y DE SISTEMAS TSC, EN GENERAL, PARA
AHORRO ENERGÉTICO EN SISTEMAS INDUSTRIALES
1. OBJETO
Demostrar mediante un análisis objetivo la inocuidad del sistema ELSPEC EQ, de los sistemas
de compensación capacitiva tipo TSC y, en general, de cualquier tecnología de compensación
de energía reactiva para lograr condiciones de ahorro significativas mediante la reducción del
consumo de energía activa en sistemas industriales, bajo el concepto de reducción sostenida en
el voltaje de operación o CVR (Conservation Voltage Reduction).
2. JUSTIFICACIÓN
ELSPEC, principalmente, y otros fabricantes de equipos que manejan la tecnología de
compensación capacitiva mediante el uso de cargas discretas conectadas por medio de
tiristores han entrado a difundir, sin mayor fundamento teórico, la idea de que esta es adecuada
para reducir el consumo de energía activa mediante una estrategia de operación a voltaje
estable, pero reducido (típicamente del orden del 95 % de la tensión nominal). En esta medida
dichos fabricantes y sus agentes comercializadores han emprendido campañas enfocadas a
mostrar los sistemas TSC como soluciones efectivas para lograr ahorro de energía activa en la
industria, sin necesidad de involucrar cambios de ningún tipo a nivel de equipos del proceso, de
sistemas auxiliares, ni de sistemas de iluminación.
Bajo esta premisa, los clientes potenciales de la tecnología, es decir los usuarios industriales,
son abordados y en ese contexto se les llega a ofrecer niveles de ahorro que resultan ser
bastante significativos en términos de que, para la implementación de la solución, solo
requieren hacer una inversión puntual en el tiempo, en un equipo que no requiere de ningún
insumo para operar, salvo estar conectado a la red eléctrica. El hecho es que cuando el cliente
trata de indagar acerca de la fundamentación teórica de la solución que le están ofreciendo,
todo se reduce a un planteamiento en cuanto a que el ahorro se logra gracias a que al operar
con voltajes más bajos el sistema demanda menos energía de la red para cumplir con la misma
funcionalidad, y a lugares comunes en cuanto a que cada caso es particular y que para
determinar el ahorro se requiere realizado un estudio especializado que solo puede ser
desarrollado por el fabricante de turno.
Así, la evaluación del potencial de ahorro es una suerte de caja negra, debido a que la
mecánica que normalmente se plantea es la siguiente:
a) Introducción al cliente potencial acerca de las supuestas bondades de implementar un
proyecto de compensación con el fin de lograr una reducción representativa en la
facturación de energía eléctrica. Para el efecto el fabricante, o su agente comercial, le
plantean a este la posibilidad de adelantar mediciones en forma gratuita con el fin de
estimar el potencial que, según su literatura y sus presentaciones puede alcanzar entre
el 8 y el 10 % (en el caso específico de ELSPEC, en las presentaciones se habla de
valores del 8 % y se muestran gráficas con valores hasta del 10 %)
b) Toma de un registro empleando equipos, preferiblemente del fabricante de la tecnología.

2. c) Envío de los resultados del registro a la casa matriz del Fabricante o, en cualquier caso
a una instancia con la que el cliente final jamás tendrá contacto directo para el
procesamiento de dicho registro. El entregable es usualmente un reporte en el que, sin
mayor sustento, se estima un potencial de ahorro de energía y se define una capacidad
de compensación de energía reactiva.
d) Selección de un equipo de la gama de fabricación del proveedor de turno o definición de
un sistema especial si a través del análisis se determina una capacidad distinta a la de
la gama estándar, y preparación y presentación de una propuesta comercial para el
cliente.
e) Planteamiento de un esquema de amortización de la propuesta preparada en “b” con
base en el ahorro estimado según las tarifas de energía del operador de red respectivo
(para este efecto toman como cierto el ahorro estimado y sobre ello justifican el ROI del
Proyecto, que para los ahorros prometidos se daría, supuestamente, en unos pocos
meses).
f) Ejecución de mediciones una vez realizado el sistema para mostrar los resultados de
mejora. Si no se observa un cambio en el sentido esperado (reducción, así sea en un
mínimo en el consumo de energía reactiva), tal condición termina siendo atribuida a
cambios en la operación del sistema del cliente y no a una posible falta de efectividad de
la tecnología para esa aplicación.
Con relación a la mecánica expuesta, hay varias observaciones que resultan ser relevantes;
a) La literatura que se entrega al cliente para efectos de la promoción comercial plantea
una posibilidad que, de entrada, le genera expectativas importantes (ahorros que, según
se indica, eventualmente pueden llegar a 10 %), pero su contenido no da claridad con
respecto a los fundamentos físicos que sustentan la efectividad de la solución para
lograr una reducción en la demanda de energía. Así, sin negar los beneficios que puede
tener una solución de compensación dinámica para control de factor de potencia o para
control de tensión, en lo que concierne a la supuesta posibilidad de aplicación de esta
tecnología para ahorrar energía mediante la reducción de la tensión de operación no
existe ningún planteamiento conciso de cómo, supuestamente, se logra el efecto
deseado. En términos prácticos el proveedor potencial recurre a la percepción intuitiva
de que a menor tensión, hay una menor entrega de potencia a la carga.
b) La ingeniería es desarrollada por lo general por el fabricante en un ámbito que se
encuentra completamente fuera de la posibilidad de que exista interacción con el cliente
y en este sentido esta no está sujeta ni a discusión ni a aclaraciones en términos
técnicos.
La situación descrita anteriormente justifica de manera plena el desarrollo de un análisis
objetivo para establecer si en realidad es posible lograr ahorros de energía activa mediante el
uso de tecnologías de compensación dinámica de reactivos en tiempo real (RTPFC) y o de
cualquier otro tipo de tecnología de compensación de energía reactiva, bien sea de alta o de
baja velocidad de respuesta.

3. 3. GLOSARIO Y/O DEFINICIONES
Energía: Capacidad que tiene la materia de producir trabajo en forma de movimiento, luz, calor.
Par Motor: Es el momento de fuerza que ejerce sobre el eje de transmisión de potencia o,
dicho de otro modo, la tendencia de una fuerza para girar un objeto alrededor de un eje, punto
de apoyo o de pivote.
Potencia: Es la capacidad de trabajo por unidad de tiempo.
Velocidad Angular: La magnitud que caracteriza la rapidez con la que varía el Angulo de
barrido por la línea que une la partícula que gira con el centro de rotación
∆E%: Porcentaje cambio de energía.
∆V%: Porcentaje reducción de tensión.
CVR: Conservation Voltage Reduction
4. HIPOTESIS
El concepto de CVR (Conservation Voltage Reduction) puede aplicarse de manera indistinta a
sistemas residenciales e industriales para obtener reducciones, no solo en los valores pico de
demanda sino también y, lo más importante, para reducir el consumo de energía activa.
5. PRINCIPIO DE OPERACIÓN
El concepto de CVR en la práctica consiste en operar el sistema de transmisión o distribución
en la franja inferior de la banda de tolerancias de tensión, de modo que se tiene un voltaje
promedio ligeramente menor al nominal, con la expectativa de reducir la potencia aportada por
la red a las cargas del sistema y para acotar los picos de demanda de potencia.
Las estadísticas indican que, en el pasado, con la aplicación de la técnica de reducción de
tensión en sistemas de distribución asociados a usuarios residenciales se podían conseguir
ahorros de energía entre el 1 y el 4%. La relación entre el ahorro de potencia activa y la
disminución de tensión se define como el factor CVR, el cual corresponde a una medida de la
variación del consumo de energía con la variación en el voltaje de alimentación en un
dispositivo eléctrico; y se halla definida mediante la expresión
E.c.1
Al analizar el consumo de una bombilla incandescente, la cual es básicamente una resistencia,
se ilustra de manera muy intuitiva el concepto: La potencia de la bombilla varía con el cuadrado
de la tensión. Por ejemplo, al disminuir el voltaje de alimentación en un 1% en una bombilla
incandescente ideal se producirá, en teoría, una reducción en la potencia consumida en el
orden del 2%. En realidad, las bombillas incandescentes no son resistencias perfectas, porque
la resistencia de la bombilla cambia a medida que la bombilla se calienta y, de hecho, los
experimentos de laboratorio han demostrado que el factor CVR para una bombilla

4. incandescente es cercano al 1.5 % debido a este efecto y no al 2 % como se podría estimar de
manera teórica.
El concepto del factor CVR es importante ya que establece una métrica de referencia del
impacto producido por la reducción del voltaje de operación de la red en ciertos dispositivos.
6. CONSIDERACIONES PREVIAS
Teniendo en cuenta que el comportamiento de la potencia activa y reactiva para los diferentes
tipos de cargas industriales con relación a la tensión no es lineal, la única manera viable de
adelantar un análisis objetivo y representativo es a través de cálculos de flujo de carga. No
obstante. Para simplificar el análisis se empleó el modelo exponencial de cargas en el Sotfware
NEPLAN según las ecuaciones que se muestran a continuación (E.c.2).
E.c.2
7. METODO PROPUESTO
La dificultad para calcular el factor CVR radica en la complejidad de las cargas del sistema a
analizar y el proceso que se tiene que simular. Para tal fin se desarrolló en el programa Power
System Analysis NEPLAN una metodología para estimar el ahorro de energía que se obtendría
si se inslalase un sistema de´compensación capacitiva para regulación en determinado punto
del sistema para asegurar voltaje constante, bajo un escenario de reducción de tensión nominal.
Para la simulación se tomó un perfil de tensión real para un período de tiempo determinado y se
consideró la inclusión de un compensador dinámico tipo TSC con la capacidad necesaria para
compensar los reactivos del sistema y para mantener control de tensión. Se simuló la reducción
en la tensión y la respuesta del sistema ante dicha reducción para diferentes tipos de carga
(motores eléctricos, aires acondicionados. Iluminación incandescente, etc).
Tabla.1 Valores típicos de párametros, modelo exponencial.
Componente De Carga
Resistencia Para Calentamiento De
Ambiente
2.00 0.00
Bomba Del Sistema De Calentamiento 0.20 2.50
Bomba De Aire Acondicionado 0.20 2.50
Aire Acondicionado Central 0.20 2.20
Aire Acondicionado Para Dormitorios 0.20 2.50
Calentador De Agua 2.00 0.00
Refrigerador 0.80 2.50
Lava Platos 1.80 3.50
Lava Ropas 0.08 1.60
Seca Ropas 2.00 3.30
Lámpara Incandescente 1.54 0.00
Lámpara Fluorescente Convencional 2.07 3.21
Lámpara Fluorescente Compacta 0.95-1.03 0.31-0.46
Pequenos Motores Industriales 0.10 0.60
Grandes Motores Industriales 0.06 0.50
Bomba De Agua Para Irrigación 1.40 1.40

5. El sistema de potencia simulado involucra los siguientes elementos principales: fuente de
alimentación, transformador de potencia 34.5kV/0.48kV, barraje de 0.48 kV, cargas del sistema
de distinta naturaleza y el equipo compensador, el cual se puede activar y desactivar para
simular las condiciones de flujo de potencia antes y después de reducir la tensión.
Figura.1 Sistema unifilar en Neplan, modelo para un tipo de carga
Figura.2 Sistema unifilar en Neplan, modelo varios tipos de cargas
8. RESULTADOS
A continuación se presentan los resultados de las simulaciones para diferentes tipos de carga
considerados en el análisis:

6. Tabla.2 Resultados simulación carga motores eléctricos
Carga motores eléctricos
Voltaje Prom Antes [V] 472.3
Voltaje Prom Después [V] 455.84
Reducción Tensión [V] 16.46
Reducción De Tensión ∆V% 3.49
Consumo Antes [kW] 853.14
Consumo Después [kW] 851.34
Reducción Consumo Potencia [kW] 1.8
Reducción Consumo Potencia ∆P% 0.21
Factor CVR 0.06
Figura.3 Simulación tensión barraje BT, carga del sistema motores eléctricos
Figura.4 Simulación consumo de potencia carga del sistema motores eléctricos
Tabla.3 Resultados simulación carga aires acondicionados
Carga aires acondicionados
Voltaje Prom Antes [V] 472.5
Voltaje Prom Después [V] 456.1
Reducción Tensión [V] 16.4
Reducción De Tensión ∆V% 3.47
Consumo Antes [kW] 851.22
Consumo Después [kW] 845.3
Reducción Consumo Potencia [kW] 5.92
Reducción Consumo Potencia ∆P% 0.70
Factor CVR 0.2

7. Figura.5 Simulación tensión barraje BT, carga del sistema aires acondicionados
Figura.6 Simulación consumo de potencia carga del sistema aires acondicionados
Tabla.4 Resultados simulación carga iluminación incandescente
Carga iluminación incandescente
Voltaje Prom Antes [V] 472.23
Voltaje Prom Después [V] 455.79
Reducción Tensión [V] 16.44
Reducción De Tensión ∆V% 3.48
Consumo Antes [kW] 832.39
Consumo Después [kW] 788.51
Reducción Consumo Potencia [kW] 43.88
Reducción Consumo Potencia ∆P% 5.27
Factor CVR 1.52

8. Figura.7 Simulación tensión barraje BT, carga del sistema iluminación incandescente
Figura.8 Simulación consumo de potencia carga del sistema iluminación incandescente
Tabla.5 Resultados simulación carga iluminación fluorescente convencional
Carga iluminación fluorescente convencional
Voltaje Prom Antes [V] 472.60
Voltaje Prom Después [V] 456.14
Reducción Tensión [V] 16.46
Reducción De Tensión ∆V% 3.48
Consumo Antes [kW] 826.35
Consumo Después [kW] 768.37
Reducción Consumo Potencia [kW] 57.98
Reducción Consumo Potencia ∆P% 7.02
Factor CVR 2.00

9. Figura.9 Simulación tensión barraje BT, carga del sistema iluminación fluorescente
convencional
Figura.10 Simulación consumo de potencia carga del sistema iluminación fluorescente
convencional
Tabla.6 Resultados simulación cargas combinadas
Sistema con cargas combinadas
Carga Motores Eléctricos [kW] 600
Cargas Aire Acondicionado [kW] 200
Carga Iluminación Fluorescente [kW] 200
Voltaje Prom Antes [V] 470.79
Voltaje PromDespués [V] 465.65
Reducción Tensión [V] 5.14
Reducción De Tensión ∆V% 1.10
Consumo Antes [kW] 1086.28
Consumo Después [kW] 1084.13
Reducción Consumo Potencia [kW] 2.15
Reducción Consumo Potencia ∆P% 0.20
Factor CVR 0.18

10. Figura.11 Simulación tensión barraje BT, cargas combinadas (motores eléctricos, aires
acondicionados, iluminación fluorescente)
Figura.12 Simulación consumo de potencia cargas combinadas (motores eléctricos, aires
acondicionados, iluminación fluorescente)
9. DISCUSION
Al analizar los resultados obtenidos en las simulaciones para cada tipo de carga por separado
(Motores Eléctricos, Aires Acondicionados, Iluminación Incandescente, Iluminación
Fluorescente): Se evidencia que en los motores eléctricos y aires acondicionados se consiguen
ahorros en el consumo del 0.21% y 0.70% con CVR 0.06 y 0.2, respectivamente; para
iluminación incandescente y fluorescente, la reducción del requerimiento de potencia es de
5.27% y 7.02% con CVR 1.52 y 2, respectivamente. Lo anterior cuando se reduce el nivel de
tensión un 3.5% aproximadamente.
En la simulación de un sistema con una combinación de cargas (60% motores, 20% aire
acondicionado, 20% iluminación Fluorescente) se evidencia que el ahorro en porcentaje del
consumo es de apenas 0.2% con CVR 0.18, cuando se reduce en 1.1% la tensión.
Los valores de los resultados son consistentes con lo descrito en la literatura existente acerca
del uso del CVR en sistemas de distribución de energía: por ejemplo, con iluminación
incandescente, que fue ampliamente usada en EEUU durante mucho tiempo, la reducción de
tensión en un porcentaje pequeño disminuye el consumo de manera considerable, sin afectar el
confort del usuario, al igual que los ventiladores de los hogares. Sin embargo, hay un grupo de
cargas en las viviendas en las cuales no se consigue ahorro de energía al disminuir su tensión

11. de alimentación como son los calentadores de agua eléctricos, ya que el consumo se establece
de acuerdo con el ajuste de temperatura del agua que se programe y, a nivel de las lámparas
fluorescentes de hoy en día, que están dotadas de balastos electrónicos, su consumo de
energía es independiente del nivel de tensión.
En las plantas industriales el factor CVR es muchísimo más bajo que en los sistemas eléctricos
residenciales y ello obedece a la naturaleza de las cargas y a los procesos involucrados. Dentro
de este contexto el comportamiento potencia vs tensión de los motores, que representan entre
el 70% y el 80% de la demanda de una planta típica., resulta ser determinante. En efecto, si se
reduce la tensión del circuito de alimentación de un motor alimentado en forma directa a la red,
aumenta su nivel de deslizamiento y se reduce su par. El problema es que, si bien hay una
reducción en la energía demandada, también se reduce la capacidad del equipo para hacer su
trabajo y el aumento en el deslizamiento deriva en el requerimiento de más tiempo en operación
cumplir con un nivel de rotaciones dadas (por ejemplo, las requeridas para que una bomba
transfiera un volumen de fluido determinado) lo que al final lleva a un consumo de potencia
prácticamente constante, independiente de la reducción del voltaje de operación. Esto se
evidencia en las ecuaciones E.c.3 y E.c.4 en la Figura13 .
P=T.w
P: Potencia (watios)
T: Par (N.m)
w: Velocidad Angular(Rad/s)
Figura.13 Curva par motor vs deslizamiento
Cuando el motor se encuentra conectado a un variador de velocidad y se reduce la tensión de
suministro, ello no genera ningún beneficio en el consumo de potencia, ya que la salida de este
alimenta el motor de inducción cuyo requerimiento energético está determinado por el par
impuesto por la carga, pérdidas mecánicas y la velocidad de giro, la cual es controlada por el
variador.

12. Figura.14 Esquema variador de velocidad
También existen procesos en los cuales hay control de lazo cerrado sobre variables tales como
el caso de la temperatura de un horno, en el cual, así baje la tensión de alimentación, el control
electrónico actúa de manera que se requiere la misma cantidad de energía para mantener la
consigna de temperatura programada.
Además, hay inconvenientes de tipo técnico en la operación del sistema de potencia en el
sector industrial cuando se reduce el nivel de tensión, entre los que se encuentran inestabilidad
en algunos sistemas y el bloqueo de motores en extremos de circuito cuando se disminuye la
tensión y estos manejan pares altos.
10. CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados de las simulaciones realizadas se confirma que el uso de
sistemas de compensación reactiva para implementar un esquema de reducción sostenida de
voltaje (Control Voltage Reduction – CVR) no genera una reducción representativa en la
demanda de potencia activa en sistemas industriales, en contraste con los supuestos ahorros
que han tratado de mostrar algunos fabricantes. Así por ejemplo, lo presentado por la compañía
ELSPEC en sus presentaciones comerciales y, en particular lo mostrado en el documento
“Survey Report Energy Saving” que muestra una aparente reducción del 7.34 % en una planta
de la compañía PEPSI en Uganda, a través del uso de un sistema ELSPEC Equalizer, para
implementar de un esquema de reducción de voltaje, carece totalmente de sustento. De hecho,
el artículo citado fue retirado del sitio web de ELSPEC, www.elspec-ltd.com hace ya varios
meses.
En lo que concierne a las redes residenciales, que en el curso del siglo pasado fue el ámbito de
aplicación del esquema CVR, los cambios en las tecnologías de electrodomésticos y de
iluminación hacen que, progresivamente, los niveles posibles de ahorro de energía sean cada
vez más marginales. Por otra parte, no se debe perder la perspectiva de que la posibilidad de
aplicar la técnica de CVR en redes residenciales parte del hecho de que el uso final se relaciona
con el confort de las personas y que, en esa medida, la medida de desempeño es
completamente subjetiva, al contrario de lo que sucede en los sistemas productivos, en los que
hay un impacto directo en la cantidad y en la calidad de los bienes producidos.
Los compensadores dinámicos de reactivos son efectivos para controlar la demanda de energía
reactiva y para controlar voltaje, pero no sirven para reducir la demanda de energía activa, y, en
esa medida, no pueden presentarse como “soluciones de ahorro de energía”, tal como han
pretendido hacerlo algunos fabricantes.

13. No existen soluciones milagrosas para reducir el consumo de energía activa en una instalación
industrial. La única forma en la que es posible lograr ahorros de energía en este tipo de
instalaciones es revisar el proceso y las características de los sistemas involucrados para así
establecer cuáles son las oportunidades de ahorro y las acciones a ser implementadas. No es
posible lograr optimización en la demanda de energía si no se toman acciones que involucren la
optimización del proceso y ello requiere un desarrollo de ingeniería que es mucho más complejo
que adelantar un simple análisis de calidad de energía para dimensionar un equipo.
11. BIBLIOGRAFIA
[1] Documento CREG 032 de 2012, “Propuesta de regulación de la calidad de la potencia en el
sistema interconectado nacional”, 2012
[2] NRECA-DOE Smart Grid Demonstration Project “Costs and Benefits of ConservationVoltage
ReductionCVRWarrantsCarefulExamination”,2013http://www.nreca.coop/wpcontent/uploads/201
4/01/NRECA_DOE_Costs_ Benefits_of_CVR_b.pdf
[3] William H. Kersting. "Distribution System Modeling and Analysis". New
MexicostateUniversity. CRC Press ISBN 0-8493-0812-7
[4] PrabhaKundur, PowerSystemStability and Control.: McGraw-Hill Inc,1993.
[5] Greg Shirek, "EvaluatingConservationVoltageReductionwithWindmil," Milsoft Inc., 2011.
[6] Comisión De Integración Energética Regional. V Congreso CIER de la Energía 2017
“Energía sostenible para todos en el entorno de una sociedad inteligente” Medellín, Colombia;28
de noviembre de 2017
[7] Maquinas Eléctricas Quinta Edicion. Jesus Fraile Mora
[8] ELSPEC ENGINEERING LTD. Documento de caso de éxito “Survey Report Energy Saving”
sobre proyecto desarrollado en PEPSI Uganda.