Análsis Consumo Eléctrico Residencial

Instalaciones Industriales

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS “ESPE” DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

ANÁLISIS DE CONSUMO Y DEMANDA DE ENERGÍA EN UNA INSTALACIÓN RESIDENCIAL

ESTUDIO EJECUTADO EN LA ASIGNATURA DE INSTALACIONES INDUSTRIALES

Mayo, 2015

ANAGUANO LAMIÑA CLAUDIA MARICELA

Sangolquí, 18 de Mayo de 2015

1.

RESUMEN ..........................................................................................................................3

2.

INTRODUCCIÓN ..............................................................................................................3 3.1 ANTECEDENTES ...........................................................................................................3 3.2 OBJETIVOS .....................................................................................................................3 3.2.1

Objetivo General ...............................................................................................3

3.2.2

Objetivos Específicos .........................................................................................4

FUNDAMENTOS TEÓRICOS .........................................................................................4

3.

4.1.

Carga ...........................................................................................................................4

4.2.

Demanda Eléctrica .....................................................................................................4

4.3.

Demanda Máxima o Pico ...........................................................................................4

4.4.

Factor Demanda .........................................................................................................5

4.5.

Factor de Diversificación ...........................................................................................5

4.6.

Factor de Carga ..........................................................................................................5

4.7.

Factor de Utilización ..................................................................................................5

4.8.

Caída de tensión..........................................................................................................5

4.9.

Factor de Potencia ......................................................................................................5

INVENTARIO DE CARGAS ..........................................................................................10

5. 5.1.

Ubicación de los aparatos.............................................................................................10

5.2.

IDENTIFICACIÓN DE CARGAS..........................................................................11 CALCULO DE CARGA POR AREAS ..............................................................11

5.2.1.

5.2.1.1.

PRIMERA PLANTA ....................................................................................12

5.2.1.2 SEGUNDA PLANTA ...........................................................................................12

7.

5.3.

DATOS MEDIDOS ..................................................................................................14

5.4.

ANALISIS DE CARGAS .........................................................................................18

5.4.1.

Demanda eléctrica ............................................................................................18

5.4.2.

Demanda pico o máxima ..................................................................................18

5.4.3.

Factor de demanda ...........................................................................................18

5.4.4.

Factor de diversificación ..................................................................................19

5.4.5.

Factor de carga .................................................................................................10

5.4.6.

Factor de utilización .........................................................................................10

5.4.7.

CAIDA DE VOLTAJE .....................................................................................11

5.4.8

FACTOR DE POTENCIA ...............................................................................11

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..............................................................12 1

8.

7.1.

CONCLUSIONES ....................................................................................................12

7.2.

RECOMENDACIONES ..........................................................................................12

REFERENCIAS ...............................................................................................................13

Tabla de ilustraciones Tabla 1 Identificación de las cargas ..............................................................................................0 Tabla 2 Aparatos del mini departamento-Primera planta ............................................................0 Tabla 3 Aparatos de los dormitorios-Primera Planta....................................................................1 Tabla 4 Carga en el baño-Primera Planta .....................................................................................1 Tabla 5 Aparatos en las salas-Primera planta ...............................................................................1 Tabla 6 Pasillos-Segunda Planta ...................................................................................................2 Tabla 7 Aparatos de la bodega y lavandería-Segunda Planta .......................................................2 Tabla 8 Aparatos de los dormitorios-Segunda Planta...................................................................2 Tabla 9 Cargas en los baños-Segunda Planta ...............................................................................3 Tabla 10 Cargas en la cocina-Segunda Planta ..............................................................................3 Tabla 11 Cargas en las salas-Segunda Planta ................................................................................3 Tabla 12 Suma de cargas de toda la residencia ............................................................................4 Tabla 13 Datos obtenidos, clasificados por los intervalos de cada 12horas .................................5 Tabla 14 Datos ordenados cronológicamente ..............................................................................7 Tabla 15 Datos de las demandas máximas .................................................................................10 Tabla 16 Caída de voltaje ...........................................................................................................11

Figura 1 Aparatos eléctricos de la segunda planta .......................................................................0 Figura 2 Aparatos eléctricos de la primera planta ........................................................................1 Figura 3 Comparación de las demandas en el día y en la noche ..................................................5 Figura 4 Histórico de toma de datos ............................................................................................7 Figura 5 Incidencia de demandas pico .........................................................................................8

2

1.

RESUMEN

En el presente documento se trata de dar a conocer los datos eléctricos referentes a las cargas que presenta una residencia ubicada en la parroquia de Nayón, que cuenta con una acometida eléctrica, monofásica, 2 hilos y conexión directa con No. Medidor 511784. En primera instancia, se presenta el fundamento teórico de valores como: factor de demanda, factor de diversificación, factor de carga y factor de utilización. Se pretende llevar a cabo la aplicación de estos conceptos a los distintos datos que se obtienen después de realizar el inventario de las respectivas potencias de los aparatos eléctricos con los que está equipado la casa, Se tomaron los valores que registraba el medidor eléctrico por un periodo de 24 días, a partir de estos valores y el periodo de muestreo se obtendrá la carga que registra el inmueble. Con la realización de este trabajo se verificará que los datos eléctricos de las cargas y que cumplan con todos los parámetros establecidos, para verificar que el diseño haya sido llevado a cabo correctamente. 2.

INTRODUCCIÓN 3.1 ANTECEDENTES

Conocer las características de las cargas y de qué forma se puede determinar la demanda en una residencia, tiene bastante importancia ya que esto permite verificar el diseño con el que ha sido construida la residencia, para de esta manera evaluar varios factores teniendo en cuenta la diversidad y la utilización de los aparatos eléctricos y electrónicos con los que cuenta un hogar. Para mejorar la comprensión de conceptos, se pretende realizar el análisis de las cargas eléctricas en los hogares, permitiendo de esta manera que la práctica consolide los conocimientos anteriores con los que se contaba. 3.2 OBJETIVOS

3.2.1 

Objetivo General

Analizar y determinar el consumo energético de una residencia, a partir del muestreo de la energía eléctrica consumida durante 24 días y de un inventario de aparatos eléctricos ubicados en el hogar para aplicar los criterios básicos de instalaciones eléctricas.

3

3.2.2   

Objetivos Específicos

Calcular el consumo y demanda de energía observando los valores de consumo del medidor, en los horarios de mañana 06:00 y tarde 18:00 durante 3 semanas. Detallar la potencia de consumo de los electrodomésticos y equipos eléctricos existentes en la residencia para su posterior uso en cálculos de demanda. Observar el diseño de la construcción a partir de los valores los eléctricos de referencia como: factor de demanda, factor de diversificación, factor de carga y factor de utilización.



Realizar las mediciones dentro del hogar para conocer caídas de voltaje que se presentan al momento de llevar a cabo la medición.

3.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS 4.1.

Carga

Potencia entregada en un punto dado, expresada en Vatios u otras unidades. Se tiene tres tipos de cargas:   

Cargas continuas: Son aquellas que demandan consumo de energía constantemente. Cargas cíclicas: Son cargas que se conectan y se desconectan del sistema eléctrico. Cargas no esenciales: Este tipo de cargas pueden sufrir interrupciones en su alimentación. 4.2.

Demanda Eléctrica

Carga promedio medida en terminales de una instalación o sistema en un intervalo de tiempo. Viene expresado en Watts.

4.3.

Demanda Máxima o Pico

Es la más alta medida sobre un periodo de tiempo seleccionado. Esta demanda, por lo general es la de mayor interés, debido a que es la condición normal más rigurosa impuesta a un sistema, tanto para detectar la capacidad térmica de los aparatos, como para determinar la caída de tensión de dicho sistema.

4

4.4.

Factor Demanda

Es la relación que existe entre la demanda máxima y la carga total conectada. El factor de demanda es menor a 1. 𝑓𝑑 =

4.5.

𝑑𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑚𝑎𝑥 1 𝑑𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎

Factor de Carga

Relación entre la carga promedio sobre un periodo de tiempo y la carga máxima en el mismo periodo. El factor de carga debe ser menor o igual a 1. 𝑓𝑐 =

4.7.

𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑛 𝑢𝑛 𝑝𝑒𝑟í𝑜𝑑𝑜 ≤1 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑚𝑖𝑠𝑚𝑜 𝑝𝑒𝑟í𝑜𝑑𝑜

Factor de Utilización

Relación entre la demanda máxima de un sistema y la potencia nominal. Este factor debe ser menor o igual a 1. 𝑓𝑢 =

4.8.

𝑑𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 ≤1 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙

Caída de tensión

Es la diferencia de voltaje entre los terminales de una impedancia pasiva. En las fuentes se define como la diferencia de voltaje de transmisión inicial respecto de su salida. 4.9. Factor de Potencia Es la relación entre la potencia activa (P) y la potencia aparente(S) debido al tipo de carga.

5

5. INVENTARIO DE CARGAS 5.1.

Ubicación de los aparatos LAVANDERIA TERRAZA Lavadora Plancha Arriba

BAÑO 1 BODEGA Refrigerador

Licuadora

B

COCINA

SALACOMEDOR

BAÑO MASTER

SEGUNDA PLANTA

Ducha Electrica

DORMITORIO MASTER 1

DORMITORIO 2

Tablero de Breakers Modem

SALA DE ESTUDIO

DORMITORIO 3 PC

T

V

Radio

Laptop

TV

Figura 1 Aparatos eléctricos de la segunda planta

Impresora

MINI DEPARTAMENTO Radio

Refrigerador

V

Licuadora

T

DORMITORIO 4

Laptop

Impresora Tablero de Breakers

TV

SALÓN

PRIMERA PLANTA

BAÑO 2

Modem

DORMITORIO MASTER 2

DORMITORIO 5

SALA DE ORACIÓN

Cafetera

Impresora T

V

TV

Laptop

Figura 2 Aparatos eléctricos de la primera planta

1

5.2.

IDENTIFICACIÓN DE CARGAS

Cargas Continuas

Cargas Cíclicas

Cargas No esenciales

Refrigeradora

Luminarias

Lavadora

Modem

Plancha

TV

Ducha Eléctrica

Lavadora

PC

TV

Impresora

PC

Modem

Impresora

Ducha Eléctrica

Cafetera

Cafetera

Licuadora

Licuadora

Radio

Radio

Equipo de Sonido

Equipo de Sonido

DVD

DVD

Laptop

Plancha

Aspiradora

Laptop

Abrillantadora

Aspiradora

Cargador celular

Abrillantadora

Tabla 1 Identificación de las cargas

5.2.1. CALCULO DE CARGA POR AREAS 5.2.1.1. 

PRIMERA PLANTA

MINI-DEPARTAMENTO

CANTIDAD

DESCRIPCIÓN

CARGA INDIVIDUAL(W)

1

Radio

20

20

3

Luminarias

30

90

1

Refrigerador

1300

1300

1

Licuadora

375

375

TOTAL Tabla 2 Aparatos del mini departamento-Primera planta

CARGA TOTAL (W)

1785 [W]



DORMITORIOS

CANTIDAD

DESCRIPCIÓN

CARGA INDIVIDUAL (W)

CARGA TOTAL (W)

1

Televisión antigua

180

180

1

LCD 27”

38

38

2

Laptop

35

70

2

Impresora

65

130

4

Luminarias

30

120

1

Equipo de Sonido

65

65

2

Cargadores celular

5

10

TOTAL

613[W]

Tabla 3 Aparatos de los dormitorios-Primera Planta



BAÑO

CANTIDAD

1

DESCRIPCIÓN CARGA INDIVIDUAL (W)

Luminarias

30

TOTAL

CARGA SUMADA (W) 30 30 [W]

Tabla 4 Carga en el baño-Primera Planta



SALAS

CANTIDAD

DESCRIPCIÓN

CARGA INDIVIDUAL (W)

CARGA SUMADA (W)

4

Luminarias

30

120

1

Modem

12

12

1

Cafetera

600

600

TOTAL

732 [W]

Tabla 5 Aparatos en las salas-Primera planta

1



5.2.1.2 SEGUNDA PLANTA PASILLOS – ENTRADA

CANTIDAD

DESCRIPCIÓN

CARGA INDIVIDUAL (W)

CARGA SUMADA (W)

3

Luminarias

30

90

TOTAL

90 [W]

Tabla 6 Pasillos-Segunda Planta



BODEGA – LAVANDERIA

CANTIDAD DESCRIPCIÓN CARGA INDIVIDUAL (W)

CARGA SUMADA (W)

2

Luminarias

30

60

1

Lavadora 18kg

550

550

1

Aspiradora

450

450

1

Plancha

1100

1100

1

Abrillantadora

400

400

TOTAL

2560 [W]

Tabla 7 Aparatos de la bodega y lavandería-Segunda Planta



DORMITORIOS

CANTIDAD

DESCRIPCIÓN

CARGA INDIVIDUAL (W)

CARGA SUMADA (W)

1

Televisión 28”

69

69

3

Luminaria

30

90

1

DVD

12

12

1

Radio

20

20

1

Laptop

35

35

1

Parlantes

5

5

3

Cargadores celular

5

15

TOTAL

246 [W]

Tabla 8 Aparatos de los dormitorios-Segunda Planta

2



BAÑOS

CANTIDAD

DESCRIPCIÓN

CARGA INDIVIDUAL (W)

CARGA SUMADA (W)

2

Luminaria

30

60

1

Ducha Eléctrica

3300

3300

TOTAL

3360[W]

Tabla 9 Cargas en los baños-Segunda Planta



COCINA

CANTIDAD

DESCRIPCIÓN

CARGA INDIVIDUAL (W)

CARGA SUMADA (W)

1

Luminaria

30

30

1

Refrigeradora

530

530

1

Licuadora

450

450

1

Tostadora

800

800

TOTAL

1810 [W]

Tabla 10 Cargas en la cocina-Segunda Planta



SALAS

CANTIDAD

DESCRIPCIÓN

CARGA INDIVIDUAL (W)

CARGA SUMADA (W)

7

Luminaria

30

210

1

Modem

12

12

1

PC

100

100

1

Parlantes

7

7

1

Regulador

10

10

1

Impresora

65

65

TOTAL

404[W]

Tabla 11 Cargas en las salas-Segunda Planta

3

5.2.1.3 CASA COMPLETA:

UBICACION

CARGA [W]

Mini Departamento

1785

Dormitorios

613

Baño

30

Salas

732

Pasillos - Entrada

90

Bodega-Lavandería

2560

Dormitorios

246

Baños

3360

Cocina

1810

Salas

404 11.630

TOTAL

Tabla 12 Suma de cargas de toda la residencia

5.3.

DATOS MEDIDOS

La demanda se calcula tomando en cuenta que las mediciones periódicas que se tomaron en un intervalo de 12 horas, las mismas que fueron colocadas en una hoja de cálculo de Excel para mejor manejo de la información. N

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

DIA

23/04/2015 24/04/2015 25/04/2015 26/04/2015 27/04/2015 28/04/2015 29/04/2015 30/04/2015 01/05/2015 02/05/2015

CONSUMO MEDIDO [KWh] 6:00 AM 6:00 PM

16135 16142 16150 16158 16167 16174 16181 16189 16198

16132 16139 16146 16154 16163 16171 16178 16185 16194 16202

CONSUMO DIARIO [KWh] 06pm A 06 am

06am A 06 pm

3 3 4 4 4 3 3 4 4

4 4 4 5 4 4 4 5 4

POTENCIA 12H [Wh] 06pm A 06 am 0,00 250 250 333,33 333,33 333,33 250 250 333,33 333,33

06am A 06 pm 0,00 333,33 333,33 333,33 416,66 333,33 333,33 333,33 416,66 333,33 4

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

03/05/2015 04/05/2015 05/05/2015 06/05/2015 07/05/2015 08/05/2015 09/05/2015 10/05/2015 11/05/2015 12/05/2015 13/05/2015 14/05/2015 15/05/2015 16/05/2015

16205 16212 16220 16227 16234 16242 16251 16260 16268 16275 16283 16290 16297 16304

16209 16216 16224 16231 16238 16247 16256 16264 16272 16280 16287 16294 16301 16308 SUMA CARGA CARGA DIARIA

3 3 4 3 3 4 4 4 4 3 3 3 3 3 79

4 4 4 4 4 5 5 4 4 5 4 4 4 4 97

250 333,33 250 333,33 333,33 333,33 250 333,33 250 333,33 333,33 416,66 333,33 416,16 333,33 333,33 333,33 333,33 250 416,66 250 333,33 250 333,33 250 333,33 250 333,33 8077,41 6583,3 286,23 351,19

DEMANDA POR HORA

23,85 29,26

Tabla 13 Datos obtenidos, clasificados por los intervalos de cada 12horas

Comparación de demandas en el día y la noche 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25

Noche

0,20

Dia

0,15 0,10 0,05 0,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Figura 3 Comparación de las demandas en el día y en la noche

De la cual podemos definir un consumo promedio del hogar, el cual está definido de la siguiente forma: Para tener el promedio de la demanda general, se toma en cuenta todas las medidas 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 =

1 ∑ 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑠 #𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑠 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎í𝑑𝑎𝑠

5

47

̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 =

1 7249,96𝑊 ∑ 𝑝𝑖 = 47 47 𝑖=𝑖

= 154,25 [𝑊]

De manera que el hogar consume alrededor de 154 vatios por cada día. Para realizar el grafico de la tendencia de las muestras es necesario ordenar los datos en otra tabla. Nº

Fecha

Hora

Lectura Medidor (KW/h)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

23/04/2015 24/04/2015 24/04/2015 25/04/2015 25/04/2015 26/04/2015 26/04/2015 27/04/2015 27/04/2015 28/04/2015 28/04/2015 29/04/2015 29/04/2015 30/04/2015 30/04/2015 01/05/2015 01/05/2015 02/05/2015 02/05/2015 03/05/2015 03/05/2015 04/05/2015 04/05/2015 05/05/2015 05/05/2015 06/05/2015 06/05/2015 07/05/2015 07/05/2015

18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00

16132 16135 16139 16142 16146 16150 16154 16158 16163 16167 16171 16174 16178 16181 16185 16189 16194 16198 16202 16205 16209 16212 16216 16220 16224 16227 16231 16234 16238

Diferencia (kW)

3 4 3 4 4 4 4 5 4 4 3 4 3 4 4 5 4 4 3 4 3 4 4 4 3 4 3 4

Demanda(W) (periodo=12h) (CARGA)

250 333,33 250 333,33 333,33 333,33 333,33 416,66 333,33 333,33 250 333,33 250 333,33 333,33 416,66 333,33 333,33 250 333,33 250 333,33 333.33 333,33 250 333,33 250 333,33 6

08/05/2015 08/05/2015 09/05/2015 09/05/2015 10/05/2015 10/05/2015 11/05/2015 11/05/2015 12/05/2015 12/05/2015 13/05/2015 13/05/2015 14/05/2015 14/05/2015 15/05/2015 15/05/2015 16/05/2015 16/05/2015

30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

06:h00 18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00 06:h00 18:h00

16242 16247 16251 16256 16260 16264 16268 16272 16275 16280 16283 16287 16290 16294 16297 16301 16304 16308

4 5 4 5 4 4 4 4 3 5 3 4 3 4 3 4 3 4

333,33 416,66 333,33 416,66 333,33 333,33 333,33 333,33 250 416,66 250 333,33 250 333,33 250 333,33 250 333,33

Tabla 14 Datos ordenados cronológicamente

Un gráfico claro que muestra la carga medida diariamente se observa a continuación:

450 400 350

DEMANDA

300 250 200 150 100 50 0 1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 MUESTRAS

Figura 4 Histórico de toma de datos

7

5.4.

ANALISIS DE CARGAS

En este capítulo se describirá un análisis de las cargas para el diseño de instalaciones eléctricas.

5.4.1. Demanda eléctrica Se desea analizar la demanda eléctrica la cual, es un promedio de las cargas que se encontraron en la medición:

47

𝑃̅ =

1 ∑ 𝑝𝑖 = 𝟏𝟓𝟒 [𝑾] 47 𝑖=𝑖

5.4.2. Demanda pico o máxima

12/05/…

11/05/…

10/05/…

09/05/…

08/05/…

07/05/…

06/05/…

05/05/…

04/05/…

03/05/…

02/05/…

01/05/…

30/04/…

29/04/…

28/04/…

27/04/…

Incidencia de demandas máximas 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

Figura 5 Incidencia de demandas pico

Demanda pico o máxima = 416,16 W cuya incidencia es de 5 veces durante todas las medidas.

5.4.3. Factor de demanda

En donde la demanda máxima será el valor máximo de carga obtenido de los cálculos a partir de las mediciones. Y la carga conectada será la suma hallada a partir del inventario.

8

Carga total conectada= 11.630 W

Demanda Máxima=416,66 W

𝑓𝑑 =

𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎