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Home100 preguntas sobre energia

PREGUNTA 10: ¿LA GENERACIÓN DE POTENCIA REACTIVA CONSUME ENERGÍA? 

Una central debe generar más potencia reactiva que la que estaba generando, porque así se lo pide el gestor de la red eléctrica. ¿Consume más combustible para generar esa potencia reactiva? La respuesta a esta pregunta es que no, o estrictamente hablando, prácticamente no hace que se consuma más combustible o que se necesite más energía primaria para hacer girar el rotor. 

Por Santiago García Garrido ( Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo. )

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¿Qué es el contrato Open Book?

Una nueva modalidad para llevar a cabo la construcción de plantas industriales, y que cada día es más utilizada, es el la modalidad Open-Book (OB). En este tipo de contrato el promotor de la instalación y el contratista fijan un precio de coste objetivo para la instalación, y un margen que el contratista cargará al precio de coste.

Por Santiago García Garrido (  Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo. )

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La modalidad Open Book (OB) para la realización de todo tipo de obras industriales es una variante interesante del contrato EPC, que busca reducir el precio de éste pero en el que también se busca un contratista único para llevar a cabo toda la instalación. En esta modalidad el contratista gestiona la obra completamente y muestra la contabilidad y los gastos en los que ha incurrido, que son abonados directamente por el promotor de la instalación o por el contratista OB, reponiéndole aquel las cantidades abonadas. El promotor conoce en todo momento los costes reales, y conoce además perfectamente el margen que el contratista añade a esos costes, como gestor de la construcción.

 

Hay que recordar que en un contrato EPC en la mayoría de los casos el contratista se comporta como un gestor, que trocea la totalidad del contrato en pequeños paquetes y busca subcontratistas para ejecutarlos. Su papel es de coordinador, y además, asume unos riesgos. Para cubrir esos riesgos, añade no solo su margen de beneficios, sino una cantidad adicional para cubrir gastos no esperados o incluso penalizaciones. 

 

En el contrato OB el promotor se asegura un precio competitivo, ya que ahorra al menos la cantidad adicional que el contratista añade como contingencias, que puede llegar a alcanzar hasta un 10% de presupuesto.

 

Por supuesto, el coste final de la obra estará muy influido por la gestión que haga el contratista. Una mala gestión puede provocar un aumento de costes, y una buena gestión puede ahorrar mucho dinero. Habitualmente, el contratista OB tiene un incentivo añadido para tratar de ahorrar costes en base a una buena gestión de la obra: el contratita recibe un bonus o una penalidad en función de consiga o no ajustarse a un presupuesto determinado, recibiendo un porcentaje del ahorro conseguido sobre ese presupuesto objetivo o un penalidad en su margen en función de lo que se aparte de él. En el caso de que consiga ajustarse estrictamente al presupuesto, sin incremento ni reducción, se estaría en un caso similar al del contrato EPC pero con un ahorro de costes debido a la eliminación de la partida de contingencias.

 

 

PREGUNTA 9: ¿QUÉ DOS FORMAS TIENE UNA CENTRAL TERMOELÉCTRICA DE CAMBIAR LA POTENCIA REACTIVA QUE PRODUCE? 

Una central termoeléctrica equipada con generadores síncronos tiene dos formas de cambiar la potencia reactiva (inductiva o capacitiva) que se exporta: variando el voltaje de excitación del rotor o variando el cambiador de tomas del transformador de salida. Dependiendo de la configuración de la central y de las costumbres de Jefe de Operación, se utiliza una u otra 

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CUESTION 8: ¿POR QUÉ LAS GRANDES CENTRALES PREFIEREN GENERADORES SÍNCRONOS?

A pesar de que los generadores asíncronos son más baratos, las grandes centrales eléctricas prefieren instalar generadores síncronos porque éstos permiten un control perfecto de la tensión y/o de la energía reactiva (inductiva o capacitiva) que vierten a la red

Por Santiago García Garrido  santiago garcia

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generador síncrono 

En un generador rotativo síncrono, que son los más habituales en grandes centrales eléctricas, el campo magnético se crea en el rotor. Se trata en general de un campo magnético producido por un electroimán, que requiere de una alimentación de corriente continua para crear dicho campo. El sistema de excitación aporta la corriente continua o corriente de excitación para la generación del campo magnético en el rotor. Variando el voltaje de la corriente de excitación se varía su intensidad, y por tanto, se consigue tener un gran control bien del voltaje de la energía producida o bien la corriente reactiva que circula por la red eléctrica.

esquema del funcionamiento de un generador

 Claro que entonces nos surgen varias preguntas, que habrá que plantearse y contestar:

- ¿Por qué la mayoría de los aerogeneradores utilizan generadores asíncronos?

- ¿Cuando es interesante utilizar generadores asíncronos?

- Variando la corriente de excitación, ¿Qué se varía, la tensión o la potencia reactiva?

 

Cuestión 35: ¿Cuanto le cuesta a una consumidor doméstico o industrial la energía reactiva que consume?

Bueno, esta pregunta también tiene trampa. Los que hayan leido la cuestión 34 (¿como se calcula la energía reactiva que produce un generador?) lo tendrán claro. El resto, tienen que leer esta respuesta.

Por Santiago García Garrido (www.santiagogarciagarrido.com)

santiago garcia garrido en la sala de control de una central hidroeléctrica de angola

 

Cuestión 34: ¿Como se calcula la energía reactiva que produce un generador síncrono en un periodo de tiempo determinado?

Muy fácil: un generador síncrono, y un asíncrono también, no producen energía reactiva. Así de sencillo. La pregunta en realidad, tenía trampa. Pero refleja perfectamente todo lo que desconoce el técnico medio sobre la energía reactiva, su naturaleza y sus efectos. Repito: la energía reactiva que produce un generador síncrono (o asíncrono) es cero.

Por Santiago García Garrido

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santiago garcia garrido en la sala de control de una central hidráulica en Angola

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Los generadores producen potencia activa y potencia reactiva. La potencia activa sirve para producir otros tipos de energía, y se calcula multiplicando dicha potencia por el tiempo que dura esta conversión o utilización. La potencia activa depende de la energía que impulsa el generador (suponiendo que se trata de una central termoeléctrica o una central hidráulica).

La potencia reactiva es una está originada por corrientes en circulación por el cable (pincha aquí para conocer más sobre la potencia reactiva), producidas por la conexión de bobinas y/o condensadores a la red, o equipos que tengan comportamientos similares a bobinas/condensadores. Pero el valor neto de la energía que producen estas corrientes es cero. Así, en el caso de conectar una bobina como las que forman parte de cualquier motor eléctrico (lavadoras, frigoríficos, aires acondicionados, etc) en una parte del ciclo que representa la variación de la tensión en el tiempo la energía electrica se convierte en energía magnética, consumiendo por tanto energía electrica, y en otra parte del mismo ciclo esa energía se devuelve al sistema, en igual cantidad.

La respuesta es pues sencilla:  no es necesario calcular la energía reactiva, pues es cero. Eso sí, podemos calcular la potencia o la corriente reactiva, pero no es necesario calcular la energía porque es nula. 

Cuestión 32: ¿cómo y dónde se mide la potencia reactiva que produce o consume un generador?

La potencia reactiva no se mide. No hay, que yo conozca, un 'medidor' o sensor específico que mida potencia reactiva. Este tipo de energía se 'calcula' a partir de la intensidad que circula por el generador y el desfase existente entre el voltaje y la tensión. 

Por Santiago García Garrido

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Además de las pérdidas que origina por efecto Joule, al circular por la red pero no aportar nada útil, origina otro fenómeno que puede ser utilizado: hace que la onda que representa la variación de la tensión en el tiempo no coincida exactamente con la onda que representa la intensidad. Hay un desfase, mayor cuanto más grande es la corriente reactiva que circula por la red. Puede deducirse fácilmente (aunque no es objeto de este manual) que cuando hay bobinas en la red la intensidad se adelanta respecto a la tensión, y que cuando hay condensadores, la tensión se adelanta respecto a la intensidad. Así, en un circuito que tuviera conectado tan solo una bobina (que no ofreciera resistencia) el desfase entre la tensión y la intensidad haría que la intensidad fuera máxima cuando la tensión es cero, y viceversa.

desfase entre la tension y la corriente en un circuito inductivo puro

 Desfase entre la tensión y la corriente en un circuito inductivo puro

La realidad nunca es tan extrema, y el desfase entre tensión e intensidad no alcanza normalmente un valor tan alto. Esta propiedad puede ser usada para medir la energía reactiva que circula por la red, de manera que se mide el momento en que se alcanza el máximo de tensión y el momento en que se alcanza en máximo de intensidad, y a partir de ese tiempo y por simple cálculo matemático se puede deducir la corriente reactiva que circula por la red. A partir de esa corriente, multiplicando por el voltaje, se calcula la potencia, y multiplicando la potencia por el tiempo se calcula la energía reactiva que ha circulado por la red en un determinado periodo. La corriente reactiva, pues, no se mide, sino que se calcula a  partir del desfase entre el pico de tensión, el pico de intensidad y la potencia total (o aparente) que circula por la red.

CUESTION 7: ¿Qué es la corriente o potencia reactiva?

No estoy de acuerdo con la definición habitual de corriente o potencia reactiva que pueden encontrarse en muchos sitios de la web. Eso de que 'es la potencia necesaria para crear los campos magnéticos para que funcionen determinados equipos' no me parece técnicamente correcto, además de ser una explicación vaga y poco entendible. Si uno de mis alumnos me suelta eso, lo califico como cero. ¿cual es pues la respuesta correcta?

Por Santiago García Garrido

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energia reactiva

La aparición de intensidad, potencia o energía reactiva en la red es un fenómeno exclusivo de las redes que utilizan corriente alterna, y se debe a la conexión de bobinas y condensadores en ella. Las bobinas almacenan energía eléctrica en forma de energía magnética, que devuelven en cada ciclo que representa la variación de tensión respecto al tiempo, de forma que cuando esta tensión pasa por cero devuelven a la red eléctrica la energía magnética almacenada en ellas. A esta corriente se le denomina ‘corriente reactiva inductiva’. Los condensadores, en cambio, almacenan directamente energía eléctrica, que devuelven a la red  cuando la tensión a medida que la tensión se acerca a cero en el ciclo que realiza la tensión en una red de corriente alterna. A esta corriente se le denomina ‘corriente reactiva capacitiva’.

Las corrientes reactivas inductivas y capacitivas no pueden ser transformadas en trabajo, porque en realidad no son más que un efecto temporal de la corriente que se almacena y se devuelve periódicamente, por lo que el resultado neto es cero. Pero eso sí, es una corriente que realmente circula por la red, aunque no pueda ser empleada de forma útil.

Una parte de la corriente que circula por la red representa pues la energía que puede realmente puede ser convertida en otros tipos de energía, como mecánica, lumínica o térmica. Conviene recordar que la energía eléctrica es ‘inestable’, es decir, tiene una gran tendencia a transformarse en otros tipos de energía. Por ello se dice que la energía eléctrica es una energía de alta calidad. La energía térmica es mucho más estable, y tiene una tendencia mucho menor a transformarse en otras, por lo que una vez que la energía se transforma en térmica no es fácil volver a transformarla en otros tipos; se dice por ello que la energía térmica es de baja calidad.

Pero la corriente reactiva que circula por la red (que circula realmente y puede ser medida por una pinza amperimétrica), no se transforma en otros tipos de energía distinta a la necesaria para que existan los fenómenos que se producen en bobinas y condensadores, y por tanto, aunque es ’real’ y efectivamente circula, es una energía inútil cuyo valor resultante final es cero. Pero realmente circula, y de ahí los problemas que provoca. Mayor intensidad significa mayores pérdidas por efecto Joule en todos los elementos: generadores, transformadores, consumidores y red de transporte de la energía.    

A la relación que existe en un instante determinado entre la corriente o potencia activa y el total de la corriente o energía que circula por la red se le denomina factor de potencia:

fp = P/S = cosφ

 Accede al resto de las cuestiones pinchando aquí

Cuestión 31: ¿Qué es el modo ISÓCRONO de regulación de un generador?

El modo ISOCRONO es uno de los modos de regulación de la frecuencia o velocidad de un generador, en el cual se fija un valor de frecuencia que el generador debe seguir. Si el valor es inferior al fijado, la máquina que mueve el generador 'acelera', proporciona más energía mecánica al eje, y si el superior, proporciona menos energía. Este modo de funcionamiento solo funciona correctamente en generadores que funcionan en isla o en aquellos en los que el generador produce una parte importante de la energía que circula por la red. 

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Cuestión 30: ¿Qué es un contrato EPC?

EPC es el acrónimo de Engineering, Procurement and Construction, haciendo clara referencia a todo lo que incluye el contrato: el diseño, los suministros necesarios y la construcción. También estarán incluidos una serie de servicios adicionales necesarios para realizar esos tres objetivos principales de diseño, suministro y construcción

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