El documento describe el consumo de energía eléctrica en España y las oportunidades para mejorar la eficiencia energética. El consumo de energía en España se ha más que duplicado desde 1975 y aumentó un 93,5% entre 1980 y 2003. En los hogares, los electrodomésticos representan el 46% del consumo eléctrico. En las oficinas, los ordenadores, monitores y estaciones de trabajo representan el 42% del consumo. La iluminación representa el 40% del consumo eléctrico total en el país y el 25% del consumo de un

1. Uso eficiente de la energía
eléctrica en edificios.
Antonio Moreno Muñoz
Universidad de Córdoba

2. Consumo de Energía Final en España
 Actualmente, se consume más del 2000
doble de energía que en 1975. Hogar y
servicios
 El consumo entre 1980 y 2003 se ha 26% Industrial
38%
incrementado en un 93,5%.
 En 2003 el consumo eléctrico en el Transporte
36%
sector residencial creció un 6,6 y en el
sector servicios el 7%. 2010
2001 Sector Servicios Hogar y
Servicios
Educación
Hoteles y 7%
25% Industrial
Restaurantes 36%
15% Oficinas
47%
Transporte
39%
Comercio
22%
Hospitales
9%
Fuente: MINECO - Subdirección General de Planificación Energética
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 2

3. Evolución del consumo en el hogar
Fuente: IDAE
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 3

4. Consumo actual en el hogar
Consumo doméstico en 2004
Iluminación
1%
2% 2%
1% Frigorífico
3% 17%
3% Calefacción
4% Televisión
Cocina Elec.
7%
Lavadora
Peq.Electrodomestico
8% Horno Elec.
18% Agua Caliente
Secadora
9%
Microondas
15%
Lavavajillas
10%
Ordenador
A. Acondicionado
 La mayor parte del consumo eléctrico es debido a
“electrodomésticos”, que representa el 46% del total.
Fuente: IDAE
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 4

5. Consumo en oficinas
2005
10%
22%
6% Monitores
Ordenadores
6% Servidores
Fotocopiadoras
Telecomunicaciones
7% Redes ordenadores
Impresoras
20% SAIs
7%
Otros
10%
12%
 La mayor parte del consumo eléctrico es debido a ordenadores,
estaciones de trabajo y monitores, que representa el 42% del total.
 Las TIC en el sector no residencial representa el 3% del consumo
anual total en la OCDE.
Fuente: El Uso de la energía en la Sociedad Digital. Telefónica 2005
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 5

6. Nuestro objetivo
Uso eficiente de la energía eléctrica:
Obtener el máximo rendimiento de la energía consumida y de
las instalaciones necesarias para su generación, transporte,
distribución y uso; garantizando la CEM de todos los equipos
conectados a la red.
Fuente: IDAE
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 6

7. Equipos en “Stand by”
 Un equipo no usado gasta Los aparatos eléctricos con este
de 1 a 30W, ¡no distintivo son entre 10 y 40% más
eficientes
es mucho!...
 Pero representa:
 Hasta el 26% del consumo de
los hogares en EEUU
 El 9% en Japón
 11,6% en Australia
 1,6% en España
 Y el 2% del gasto residencial
global
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 7

8. Resultados de EFFORT*
Consumo de PC P (W) FP S (VA)
386 95,1 0,537 177,0
486 81,4 0,538 151,3
Pentium 76,6 0.508 150,6
Salva pantallas -7,5
¿Ahorro?
EnergyStar activo -50,6
¡El PC NO está siendo utilizando interactivamente 3 horas por usuario y día!
 Mejorar la eficiencia de las TICs Consumo real P(W) en uso P(W) en espera
 Impulsar el buen uso de las TICs Impresora Laser 442,2 20,9
 Se ahorraría 133,2 GWh/año en Fotocopiadora 1062 53.2
España y 1598,4 en la UE.
El cosφ en estos equipos es del orden de 0.95
durante la impresión (comportamiento óhmico) y
disminuye a 0.26 durante el proceso de espera.
*Energy Efficient Improvement in the Use of Computer Equipment in the European Public Administrations. Proyecto financiado por la Unión
Europea y su Dirección General XVII a través del programa de Ahorro Energético SAVE.
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 8

9. Iluminación
Consumo de Energía final en Tipos de lámparas usadas en
iluminación, año 2000 edificios sector terciario, año 2000
Comercio
Hogares 2% 0% Fluorescencia
6% 3% 2% 27% 7% 1%
9% Hosteleria Incandescencia
Oficinas Compactas
13% Alumbrado 36% 54% Halogenuros
Industria Vapor mercurio
14% 26%
Hospitales Vapor sodio
Educación
 40% del consumo eléctrico total del país
 25% del consumo total de un edificio comercial
Fuente: IDAE
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 9

10. Alumbrado público
 4.2 Millones de luminarias que suponen:
 9% del consumo nacional en iluminación.
 42% del consumo energético del sector público.
 Solamente el 27% de la potencia está regulada
 30% de ahorro potencial
 Sistema de control
 El 52% se basan en fotocélulas.
 El 43% se basan en reloj astronómico.
 El 5% tiene Supervisión y control centralizado
 Iluminación navideña
 Semáforos
 Contaminación lumínica
Fuente: IDAE
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 10

11. Contaminación lumínica
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 11

12. En Córdoba
Ordenanza Municipal de "Protección del cielo
nocturno"
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 12

13. ¡Europa en 2025!
 2025
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 13

14. Definiciones
 Flujo Luminoso. Cantidad total de luz emitida por segundo por una fuente
luminosa. En Lumen (lm)
 Eficacia Luminosa. Relación entre la luz emitida y la potencia de entrada.
En Lumen por Vatio (lm/W)
 Densidad de flujo luminoso en un punto o Iluminancia. Es el flujo luminoso
por unidad de área. En Lux, (1 lx=1 lm/m2).
 Valor de Eficiencia energética de la instalación VEEI (Según HE 3).
VEEI= W·100/m2 ·lx
 Índice de reproducción del color
(IRC) IRC(%) Reproducción del color
 La capacidad de facilitar la 75-100 Excelente
discriminación de los colores del 60-75 Bueno
objeto iluminado.
50-60 Regular
 Se mide en % sobre las
características de una lámpara 0-50 Pobre (No recomendable
patrón de la misma cromaticidad. para aplicaciones de color
críticas)
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 14

15. Lámparas: parámetros comparativos*
Tipo de lámpara Eficacia (Lm/W) Vida media (horas) IRC (%)
Incandescente 9-20 1000 100
Incandescente halógena 16-25 2000 100
Fluorescente tubular 40-108 10000-12000 50-95
Fluorescente compacta 50-87.5 6000-9000 80
Valor mercurio alta 20-60 16000 20-40
presión
Halogenuros metálicos 50-110 9000 65-90
Valor sodio baja presión 100-180 14000 0
Valor sodio alta presión 50-140 16000 20-60
LED 20-40 50000
*Lighting Reference Guide. On-line: http://www.energy.gov.on.ca/english/pdf/conservation/LightingGuide.pdf
Femeval. Guia de la eficiencia energética. On-line: http://www.femeval.es/15
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 15

16. Lámpara incandescente
 Ventajas
 Buena reproducción cromática
 Encendido instantáneo
 Bajo coste de adquisición
 Desventajas
 Reducida eficacia luminosa
 Corta duración
 Elevada emisión de calor
 Uso recomendado
 Alumbrado de acentuación
 Alumbrado interior
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 16

17. Lámpara incandescente halógena
 Ventajas
 Buena reproducción cromática
 Encendido instantáneo
 Moderado coste de adquisición
 Elevada intensidad luminosa
 Desventajas
 Reducida eficacia luminosa
 Corta duración
 Elevada emisión de calor
 Uso recomendado
 Alumbrado de acentuación
 Alumbrado interior
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 17

18. Lámpara fluorescente lineal
 Ventajas
 Alta eficacia luminosa
 Larga duración
 Bajo coste de adquisición
 Mínima emisión de calor
 Desventajas
 Forma y tamaño para algunas aplicaciones
 Retardo en la estabilización
 Uso recomendado
 Alumbrado interior-exterior
 Mejora con balasto electrónico: mayor
duración, EMC, armónicos…
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 18

19. Lámpara fluorescente compacta
 Ventajas
 Buena eficacia luminosa
 Larga duración
 Casquillo E-27
 Desventajas
 Coste de adquisición medio-alto
 Variación de flujo con la temperatura
 Retardo en alcanzar máximo flujo (>2min.)
 Uso recomendado
 Sustitución lámparas incandescentes
 Consumo para flujo equivalente en un 20%
y duran 10 veces más.
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 19

20. Lámpara mercurio alta presión
 Ventajas
 Moderada eficacia luminosa
 Larga duración
 Flujo luminoso unitario en potencias altas
 Posibilidad de utilizar doble nivel
 Desventajas
 Flujo luminoso no instantáneo
 En ocasiones alta radiación U.V.
 Uso recomendado
 En aplicaciones especiales con filtros U.V.
 Alumbrado exterior e industrial
 Representan el 23% de las luminarias
instaladas
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 20

21. Lámpara sodio alta presión
 Ventajas
 Excelente eficacia luminosa
 Larga duración
 Poca depreciación de flujo
 Posibilidad de reducción del flujo
 Desventajas
 Estabilización no instantánea
 Gran sensibilidad a sobretensiones en
pequeñas potencias
 Uso recomendado
 Alumbrado exterior: autopistas, calles,
 Alumbrado interior industrial, deportes
 Túneles, grandes áreas
05/08/12  Representan el 71% de las instaladas
Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 21

22. Iluminación: recomendaciones
Tecnología LED
 Aprovechamiento de la luz natural Lámpara solar
 Lámparas de alto rendimiento
 Control de la iluminación usando fotocélulas y sensores
de presencia.
 Circuitos de iluminación con alimentación independiente
del resto en los cuadros eléctricos para poder facilitar en
un futuro la monitorización con SCADA.
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 22

23. Motores eléctricos
 El consumo de los motores eléctricos
en la UE es 185,6TWh, mayor que Sector Servicios
en otros sectores Motores
38%
 Un motor en su vida útil gasta en su Otros
equipos
funcionamiento 100 veces mas de lo eléctricos
que costo su compra
62%
 Aunque el 80% de las aplicaciones
de estas máquinas es a velocidad
constante...
 Razones de rendimiento y
productividad pueden incentivar la
regulación de velocidad
Fuente: Improving the Penetration of Energy-Efficient Motors and Drives. European Commission, Directorate-General for Transport and
Energy, SAVE II Programme 2000. Contract Nº.: 4.1031/Z/96-044
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 23

24. Motor eléctrico eficiente
 Reducir pérdidas y mejorar el
rendimiento:
 Incremento de la sección de los
conductores del estator y de las
barras conductoras de la jaula
del rotor.
 Optimización del circuito
electromagnético y utilización de
material ferromagnético de bajas
pérdidas específicas.
 Optimización del circuito de
ventilación.
 Tres niveles de exigencia:
 EFF1, ahorra desde el 40%
 EFF2, ahorra hasta el 20%
 EFF3, motor estándar Para 6000h/año un único motor EFF1 de
Ahorro = horas ⋅ % Pot ⋅
∈  1

η − η
1 
⇒

15kW ahorraría 4MWh al año o 200€
kWh  std HEM  (suponiendo 0,05€/kWh)
Fuente: http:/energyefficiency.jrc.cec.eu.int/eurodeem/ ¿De cuántos motores dispone?
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 24

25. Variador electrónico de velocidad
Ventajas
Rendimiento energético : cambiar el
Produc to
 Accionamiento eléctrico
en estado final
volumen de producción cambiando la
velocidad del motor en origen, puede
suponer un elevado ahorro ya que la
Regulación Motor Transmisión
eléctrico Máquina
de energía mecánica
potencia desarrollada en cada momento
es proporcional al volumen de Suministro Conversión Conversión
electromecánica
Conversión
Suministro
producción requerido.
de energía: y control y control
Gas, fuel, de
de la energía de la energía
electricidad material
suministrada mecánica
 Productividad: Un incremento del 5 al Flujo de energía
20% en la velocidad nominal con el Puntos de posible variación de velocidad
mismo variador no es un problema.
 Reversibilidad: el mismo dispositivo
permite la conversión directa y la
inversa.
 Elevada precisión en la velocidad del
motor con lo que su vida útil aumenta
reduciendo los gastos de mantenimiento.
 Amplia gama de potencias desde
W a GW
 Conversión energética inteligente
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 25

26. Ejemplo de carga a par variable
Una bomba de agua trabaja 20 horas Hora inicio Fin % Carga
al día bajo los niveles de carga 6 12 50
siguientes: 12 24 75
24 2 100 1HP = 0 ,746kW
kWh = HP η ⋅ 0 ,746kW HP ⋅ horas año
año
Sin variador electrónico Horas/dia % Carga HP η kW Hora/año kWh/año 0.05€/kWh
6 50 100 0.92 81,1 2184 177122
12 75 100 0.92 81,1 4368 354245
2 100 100 0.92 81,1 728 59041
Totales 20 7280 590408 29520€
HP1 = 100( 0,5) 3 = 12,5
HP2 = 100( 0,75) 3 = 42,2
HP3 = 100(1) 3 = 100
Con variador Horas/dia % Carga HP η kW Hora/año kWh/año 0.05€/kWh
electrónico
6 50 12,5 0.92 10,1 2184 22058
12 75 42,2 0.92 34,2 4368 149385
2 100 100 0.92 81,1 728 59041
Totales 20 7280 230484 11524€
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 26

27. Energía reactiva
Las instalaciones eléctricas deben dimensionarse para transportar la energía útil
(activa) compensando las energías fluctuantes (reactiva y de distorsión)
En el caso de Redes NO Distorsionadas:
P=UIa ¿Cuál es el factor de potencia de las
ϕ S=UI cargas más típicas?
Q=UIr
S=UI Q=UIr −ϕ
Cargas cosϕ
P=UIa
Alumbrado Lámpara incandescente 1,00
Circuito inductivo Circuito capacitivo Lámpara fluorescente 0,60
Lámpara vapor mercurio 0,50
Al coseno del ángulo de desfase de
la tensión respecto a la intensidad, se Lámpara sodio 0,70
le denomina factor de potencia Motor Vacío-Plena carga 0,15-0,85
(FP) inducción
Soldadura Soldadura por resistencia 0,55
Potencia activa: P = UI cos ϕ = UI a
Soldadura por arco 0,50
Potencia reactiva : Q = −UI sen ϕ = UI r Hornos Hornos inducción 0,60-0,80
Potencia aparente: S = UI = IZI = I 2 Z Hornos de arco 0,80-0,85
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 27

28. Efectos de la energía reactiva
P. Aparente
S=VI Q=VIsenϕ
φ P. Reactiva
P=VIcosϕ
P. Activa
 Transformador
 Si el factor de potencia es bajo, la máxima potencia activa que podrá
entregar será sólo de una fracción de su potencia aparente
Transformador (250 kVA)
cosϕ P (kW)
0,5 125
0,6 150
0,7 175
0,8 200
0,9 225
1,0 250
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 28

29. Efectos de la energía reactiva (II)
 Pérdidas por efecto Joule
 Las pérdidas en las líneas, son producidas tanto por las
corrientes activas como por las reactivas, representando una
energía que se pierde, pero que es pagada por el consumidor
P = 3 · R · I² = 3 · R · I 2 + 3 · R · I 2 Pérdidas en un cable de 3 x 25 mm² y
A R
50 m, transportando 40 kW:
Donde: cosϕ P (kW)
P = Pérdidas de potencia activa 0,5 1,6
R = Resistencia de la línea 0,6 1,1
0,7 0,8
I = Corriente de la línea 0,8 0,6
IA = Componente activa 0,9 0,5
IR = Componente reactiva 1,0 0,4
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 29

30. Coste de la energía reactiva
 La instalación de contadores para la medida de la energía
reactiva es obligatoria por encima de 50 kW de potencia
contratada
cosϕ Recargo (%) Abono (%)
1,00 -- 4,0
El valor porcentual del recargo, que se 0,95 -- 2,2
aplica a la suma de los términos de 0,90 0,0 0,0
potencia y energía, se determina por: 0,85 2,5 --
0,80 5,6 --
 
K r = 17 2  − 21
 ( cos ϕ ) 
0,75 9,2 --
0,70 13,7 --
0,65 19,2 --
0,60 26,2 --
0,55 35,2 --
0,50 47,0 --
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 30

31. Compensación de energía reactiva
Compensación fija
Fixed capacitor, Thyristor
controlled reactor FC
-TCR
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 31

32. Cálculo de condensadores
Ejemplo
Potencia activa: P=150 kW
cos j actual: cos j1= 0,55
cos j requerido: cos j2=0,97
Según tabla, coeficiente K=1,268.
DQ = P • K = 190 kVAr
(potencia necesaria del condensador)
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 32

33. Solución comercial
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 33

34. Compensación de energía reactiva II
Fixed capacitor, Thyristor controlled reactor FC -TCR
Vs
0≤α≤90º ⇒ i L = i L1 = ;
ωL
Vs Vs
90º≥α ≥180º ⇒ i L1 = ( 2π − 2α + sen 2α ); Le ff = ;
πωL ωI L1
V
σ = 2π − 2α ; ⇒ i L1 = πωL (σ − senσ );
s
Si definimos:
(σ ) = (σ − senσ ) ;
V s2
βL QL = = V s2 β L ( σ );
πωL ωLeff
V s2
QC = V s2 β C ; QFC -TCR = QC − Q L ; β FC -TCR = β C − β L (σ );
XC
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 34

35. Calidad de suministro eléctrico
 Perturbaciones o EMI Onda normal
 Perdida de rendimiento Transitorios
 Alteración en la calidad de
onda
Sobretensión
 Malfuncionamiento,
deterioro o destrucción de
los equipos sensibles. Hueco de
tensión
 Aquí estudiaremos: Ruido de alta
frecuencia
 Armónicos
 Desequilibrio de corriente Interrupción
breve
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 35

36. ¿Que son los armónicos?
¿cómo se forma una onda cuadrada a partir de los armónicos de la señal?
The building of a square wave: Gibbs' effect
1 1 1
0.8 0.8 0.9
0.6 0.6 0.8
0.4 0.4 0.7
0.2 0.2 0.6
0 0 0.5
-0.2 -0.2 0.4
-0.4 -0.4 0.3
-0.6 -0.6 0.2
-0.8 -0.8 0.1
-1 -1 0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 20 40 60 80 100 120 140 160
y = sen(t) + sen(3*t)/3
y = sen(t) + sen(3*t)/3 + sen(5*t)/5 + sen(7*t)/7 + sen(9*t)/9
y = sen(t) + sen(3*t)/3 + ........ + sen(18*t)/19 + sen(20*t)/20
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 36

37. Armónicos en edificios
5%
40%  Cargas lineales
Non Electronic Loads
95% 70%
30%  Cargas no lineales
70% Non Linear Loads
40% 60%
1960 1990 2000
 Origen  Efectos
 Receptores industriales: Ascensores,  Sobrecalentamiento de los
Aire acondicionado, SAIs, hornos, conductores, especialmente los
lavadoras, secadoras,… neutros por los armónicos triples.
 Receptores domésticos: Fax,  Reducción de la capacidad de los
televisor, DVD, radio, Hi-Fi, transformadores.
“Home-Cinema”,…  Sobrecarga de los condensadores de
 Receptores oficina: Ordenador, corrección del factor de potencia
impresora, Servidor, dispositivos de (resonancias).
redes de comunicación, ..  Envejecimiento, fallos y reducción de
 Iluminación: lámparas fluorescentes, la vida útil del material eléctrico
de vapor de sodio y de mercurio.  Disparo de diferenciales
 Aumentan las pérdidas
 Flicker
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 37

38. Armónicos y el factor de potencia
Para un sistema monofásico, sean la tensión y corrientes generalizadas siguientes:
∞ ∞
v (t ) = Vo + 2 ∑V sen(hωt + α
h h ) V= ∑V h
2
; V 2 = V12 + VH2
VH = ∑V h
2
; THDv =
VH
;
h≠0 h=0 h ≠1 V1
∞
∑
∞
I h sen (hωt + β h )
i (t ) = I o + 2
h≠0
I= ∑I
h =0
h
2
; I 2 = I12 + I H
2
IH = ∑I h
2
; THDi =
IH
I1
;
h ≠1
2
Los valores eficaces serán: I = I1 1 + THDi
2
V = V1 1 + THDv
¿Y la potencia aparente?
S 2 = (VI ) = (V1I1 ) + (V1I H ) + (VH I1 ) + (VH I H )
2 2 2 2 2
S 2 = P12 + Q12 + SN
2
P1 = V1I1 cos ϕ1
S 2 = S12 + SN S = (V1I1 ) = P + Q
2 2 2 2 2
1 1 1 potencia aparente
Q1 = V1I1senϕ1
no fundamental
SN = (V1I H ) + (VH I1 ) + (VH I H ) ;
2 2 2 2
Potencia distorsionada en corriente Potencia distorsionada en tensión Potencia aparente armónica
 Fuente: IEEE Trial-Use Standard Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities Under Sinusoidal, Nonsinusoidal, Balanced, or Unbalanced Conditions. IEEE Std 1459-2000.
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 38

39. Armónicos y el factor de potencia (2)
Tensión sinusoidal pura (solamente componente fundamental)
SN = D 2 = (V1I H ) ;
2
2
S 2 = P12 + Q12 + SN ≈ P 2 + Q12 + D 2
2
Potencia distorsionada en corriente potencia de distorsión
Potencias fundamentales: S12 = P12 + Q12
Potencias fluctuantes: Q 2 = Q12 + D 2
Potencias aparentes: S 2 = S12 + D 2
S
2
I = I1 1 + THDi
D
Potencias totales: S = P +Q
2 2 2
Q
S1
P1
Q1
Factor de potencia (Potencia útil/Potencia transportada):
VI1 cos ϕ1 I1 1 FP1
FP = = cos ϕ1 = cos ϕ1 = ;
4 Triángulos de potencias VI I 1 + THDi
2
1 + THDi
2
Factor de distorsión Factor de desplazamiento
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 39

40. Armónicos y el factor de potencia (2’)
Tensión sinusoidal pura (solamente componente fundamental)
IH
S = V1I ; THDi = 2
; I = I1 1 + THDi ;
I1
Potencia aparente Distorsión en corriente Corriente eficaz
Factor de potencia (Potencia útil/Potencia transportada):
VI1 cos ϕ1 I1 1 FP1
FP = = cos ϕ1 = cos ϕ1 = ;
VI I 1 + THDi
2
1 + THDi
2
Factor de distorsión Factor de desplazamiento
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 40

41. Cargas típicas y THDi
1.0
Fuente de 0.5
alimentación
Current
0.0
monofásica -0.5
(THDi= 80%) -1.0
0 10 20 30 40
Time (mS)
1.0 1.0 1.0
Rectificador trifásico 0.5 0.5 0.5
en puente (THDi=
Current
Current
Current
0.0 0.0 0.0
80%) -0.5 -0.5 -0.5
-1.0 -1.0 -1.0
0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40
Time (mS) Time (mS) Time (mS)
Con inductancia Con gran
1.0
(THDi=40%) inductancia (THDi=
28%)
0.5
Regulador CA
Current
0.0
(THDi Según α) -0.5
-1.0
0 10 20 30 40
Time (mS)
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 41

42. Pérdidas por armónicos
Factor de
¡En presencia de
potencia: ¡Es siempre < cosφ1! armónicos para la misma
Potencia Activa es
FP =
VI1 cos ϕ1 I1
= cos ϕ1 =
1
cos ϕ1 =
FP1
;
necesario dimensionar la
VI I 1 + THDi
2
1 + THDi
2
instalación para una
Factor de MAYOR Potencia
distorsión Factor de desplazamiento
Aparente!
“El antiguo FP”
Se puede demostrar que en una línea la relación entre las perdidas mínimas (las
producidas por un receptor lineal de factor de potencia unidad) y las reales en un
determinado régimen de funcionamiento son*:
2
Pmin FP1
≈ FP 2 = 2
;
Pl 1 + THDi
Ejemplo: para un pequeño electrodoméstico que tuviera un THDi de 173%, un factor de
potencia 0.4, la relación Pmin/Pl sería de 0.04, por tanto se originarían, en su línea de
alimentación, unas pérdidas 25 veces superiores a las mínimas .
*Eficiencia Total. L.I. Eguíluz, J.C. Lavandero, M. Mañana,P. Sánchez.http://www.diee.unican.es/pdf/Eficiencia.pdf
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 42

43. Efectos en los neutros
 Las corrientes fundamentales se anulan entre sí
 Las corrientes armónicas triples se suman
¡Una corriente cuyo tercer armónico
es el 70% de la fundamental en cada fase
da como resultado una corriente con una rms Neutral Current in pu of rms Phase Current
amplitud del 210% en el neutro!
1.80
1.60
I fase = I12 + I 3 = 12 + 0.7 2 = 1.22
2
1.40
Neutral Current
1.20
I n = 3 ⋅ I 3 = 3 ⋅ 0.7 = 2.1 1.00
0.80
I n I fase = 1.72 0.60
0.40
0.20
En edificios comerciales se encuentran 0.00
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
corrientes en el neutro de entre el 150% Electronic Load (% of Total Load)
y el 210% de las corrientes de fase
¿En un conductor de sección mitad Formula
que la de los conductores de fase? aproximada: 2
0.56 pnl
I n rms =3 If
1 + 0.56 p nl rms
2
¡Conductores neutros de doble sección!
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 43

44. Efectos sobre los transformadores
 Pérdidas en el núcleo.
 Por histéresis. Habitualmente
se desprecian en favor de las
siguientes.
 De Foucault. Representan un
10% de las pérdidas a plena carga
y...
Aumentan con el cuadrado del
orden del armónico:
K = PFpu = ∑h
h =1
2
⋅ I h pu ;
2
Transformadores de factor K
Los transformadores tradicionales no Para oficinas estará entre 4 y 9. Si hay
deben cargarse más allá del 60% de muchas cargas electrónicas monofásicas
concentradas el factor K podría subir entre 13 y
su capacidad.
17
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 44

45. Recomendaciones
THDi máximo recomendado en una instalación
 Normativa CEM Corriente nominal
I< 40A
THDi
20.0%
 UNE-EN-61000-2-2 40A ≤ I < 400A 15.0%
 UNE-EN-61000-3-2 400A ≤ I< 800A 12.0%
 UNE-EN-61000-3-4 800A ≤ I< 2000A 8.0%
I ≥ 2000A 5.0%
 IEEE-519
 Mitigación
 Elegir equipos con fuentes de
alimentación que cumplan la
normativa
 Reactancias serie
 Filtros pasivos de rechazo
 Filtros pasivos de absorción Filtrado activo de compensación de
armónicos y potencia reactiva
 Transformadores de aislamiento
 Filtros activos
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 45

46. Desequilibrio de cargas
 Recomendaciones
 Todas las cargas monofásicas
deben estar razonablemente
distribuidas entre las 3 fases
 Especialmente las no lineales
 El desequilibrio en corriente no
excederá el 10%
Iu = ( I d ⋅100) I a
Iu=Desequilibrio de corriente en %
Un desequilibrio del 10% para 100 A
Id=Desviación máxima de corriente respecto la media
por fase originan 17 A en el neutro y
Ia= Corriente media entre las 3 fases un incremento del 1% en las pérdidas
en el cobre
 Perjuicios
 Sobrecalentamiento de los neutros
 Desequilibrio de tensiones en el sistema de distribución
 Reducción del par y sobrecalentamiento de los motores de inducción
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 46

47. HE5. Contribución fotovoltaica mínima
de energía eléctrica. Uso Límite de aplicación
 Los edificios dispondrán de Hipermercado 5.000 m2
energía solar fotovoltaica cuando Centro comercial 3.000 m2
superen los límites establecidos: Almacenes 10.000 m2
Administrativos 4.000 m2
 La potencia mínima podrá Hostelería 100 plazas
disminuirse o suprimirse cuando: Sanidad 100 camas
 Uso de otras fuentes de energías Pabellones 10.000 m2
renovables feriales
 No cuente con suficiente acceso al sol Potencia pico a instalar (kWp):
 Cuando existan limitaciones no
P=C·(A·S+B)
subsanables derivadas de la
normativa urbanística aplicable A y B, coeficientes de uso del edificio
C, coeficiente de la zona climática
S la superficie construida del edificio
Medidas alternativas de ahorro
equivalente ¡La mínima a instalar será 6,25 kWp!
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 47

48. El futuro inmediato…
¿Edificios que se convierten en
unidades productoras de energía
eléctrica?
Contribuyendo a la producción global ⇒ DG
 Gestión en tiempo real de fuentes y cargas en
los edificios
 Agregación de necesidades entre edificios
para optimizar las transacciones con los
suministradores
 Cooperación en la calidad, fiabilidad y
seguridad de la red de distribución eléctrica
Acciones básicas: Control inteligente de cargas ⇒ Domótica
Medida y registro del consumo Implementación de tarifas inteligentes y programas de
de energía eléctrica incentivo del ahorro ⇒ AMR
Análisis y Planificación de
consumos Electrónica de Potencia en la red de distribución
⇒ Custom Power
Corrección de energías
fluctuantes y EMI Automatización de la red de distribución ⇒ IEC-61850
05/08/12 Area de Electrónica. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA. 48

49. Uso eficiente de la energía
eléctrica en edificios.
¡Gracias!
Antonio Moreno Muñoz
amoreno@uco.es