ProgramacionIngenieriaMecanicaUPB:Grupo 1420 01

Integrantes

• Emmanuel Arenas Vanegas, Estudiante Ingeniería Mecánica.
• Manuel Alejando Betancur Cardona, Estudiante Ingeniería Mecánica.
• Jesús Camilo Osorio Barrera, Estudiante Ingeniería Mecánica.

Resumen En este trabajo se pretende por medio de un software calcular la cantidad de energía molecular consumida por un transformador y compararla con la cantidad de energía consumida por el mismo; si este estuviese modificado por medio de capacitores. Esto a su vez logra prolongar la vida útil, mejorar el rendimiento, generar procesos mas estables electricamente y minimizar el costo del producto, tanto en el transformador como en la maquinaria, debido a una considerable reducción en el consumo de energía.

Introducción

Los transformadores son maquinas eléctricas que permiten aumentar o disminuir el voltaje que se le suministra; sin verse afectada la potencia. Esto se debe a que su funcionamiento esta basado en la inducción electromagnética entre un núcleo compuesto de laminas de silicio y un devanado de cobre al rededor de este. También es usado para el transporte y transmisión de la energía eléctrica. En la practica el transformador no es ideal, es decir, presenta perdidas en diferentes componentes. Por ejemplo, el devanado y el núcleo. Es allí que por medio de este programa se lograran disminuir las perdidas y aumentar la eficiencia del transformador, utilizando condensadores (capacitores), los cuales ayudan a llevar el factor de potencia al indicado por las leyes colombianas rikolinas.

Marco teórico

Los transformadores como cualquier otro tipo de maquina, están diseñados bajo unos parámetros establecidos según las condiciones de uso. Estos parámetros son proporcionados por el fabricante y deben ser fácilmente visibles.

Parámetros dados por el fabricante del transformador:

• Potencia Aparente Nominal ($S_{n}$).
• Voltaje Principal.
• Voltaje Secundario.
• Relación de Transformación.
• Sistema Monofásico o Trifásico.
• Prueba Circuito en Vacio ($P_{o}$).
• Prueba de Corto Circuito ($P_{cc}$).
• Frecuencia.

Además, es necesario la medición de la Potencia Promedio ($P_{prom}$) y el Factor de potencia promedio ($FPprom$).

Para comenzar con el procedimiento se halla la potencia aparente promedio:

         $S_{prom}={\frac {P_{prom}}{FP+{prom}}}$

Determinamos el indice de carga ($C$)

         $C={\frac {S_{prom}}{S_{nom}}}$

Después se halla la eficiencia ($n$) del transformador sin corregir

         $n=100-100\left({\frac {P_{o}+P_{cc}C^{2}}{CS_{nom}FP_{prom}+P_{o}+P_{cc}C^{2}}}\right)$

Ahora con la eficiencia, se hallan las perdidas por transformación

         $Pperd=P_{prom}\left({\frac {100-n}{n}}\right)$

Por medio de lo anterior se posible determinar la operación nominal del transformador. Luego de obtener la operación nominal se puede determinar que tanto se debe aumentar la eficiencia, luego se realiza el mismo procedimiento con el factor de potencia especificado, 0.96.

Con los datos calculados se puede hallar la disminución anual de la energía consumida, de la siguiente manera:

         $Dism_{Perd}=P_{Perd}-P_{PerdCorregido}$

         $Dism_{Energia}=Dism_{Perd}Costo_{Energia}8640{\frac {Hora}{year}}$

Sin corregir el costo de energia es

         $costo=P_{perd}Costo_{Energia}8640{\frac {Hora}{year}}$

el costo de la energia corregida es

         $Costo_{Corregido}=P_{PerdCorregido}Costo_{Energia}8640{\frac {Hora}{year}}$

ahora se calcula el costo de la inversión, iniciando con la evaluación de la potencia reactiva necesaria y se hallan los KVA para corregir el factor de potencia.

         $Q_{req}=P_{prom}\left(\tan(\cos ^{-1}(FPprom))-\tan(\cos ^{-1}(0.96))\right)$

finalmente, con la potencia reactiva requerida y con el valor de cada KVA obtenido previmente, se puede obtener el valor de la inversión

         $Inversion=Q_{req}Costo_{KVA}$

Descripción del software

Interfaz

La idea que se planteo fue desarrollar un programa capaz de dar a conocer el costo que se genera al momento de mejorar un transformador, el programa está enfocando en calcular el ahorro económico anual en el funcionamiento. Con la idea de sugerir algunas recomendaciones en lo que respecta a los costos, ahorros e inversión que se genera en el funcionamiento del sector industrial que se este trabajando. Con la ingeniería y su definición de utilizar el ingenio para dar respuestas a los problemas, se puede desarrollar este trabajo que se mostró anteriormente.

la interfaz desarrollada consta de cuatro recuadros, uno horizontal y tres verticales, ademas de dos botones, uno para calcular y otro para borrar los datos.

El recuadro horizontal llamado parámetros del transformador es donde se ingresan los datos que se encuentran en la ficha técnica del mismo, también los datos obtenidos por medio de mediciones y por último los costos energéticos de el sector industrial donde se este trabajando; con los datos ingresados el programa se ejecutara haciendo clic en el botón calcular.

los calculados se mostraran en los tres recuadros verticales ubicados debajo de el recuadro horizontal. En el recuadro de la izquierda llamado operación nominal encontramos las especificaciones de como el transformador esta trabajando actualmente y su costo de operación. En el recuadro del medio llamado operación optima se muestra como el transformador debería trabajar para ser mas eficiente, mostrando la reducción en las pedidas y el costo de operación. Por último el recuadro derecho llamado transformador corregido allí encontramos los datos finales del transformador después de su optimización, además del costo de la inversión y su disminución en las perdidas.

Finalmente si es necesario realizar el cálculo con otros datos, se pueden cambiar directamente del recuadro parámetros del transformador o si necesito ingresar nuevos datos utilizo el botón borrar y comienzo el proceso descrito.

Conclusiones

Con base en los resultados obtenidos por el programa se realizaron las siguientes conclusiones:

• Se Especificó los requerimientos básicos que se debe tener en cuenta al momento de elegir un transformador en la industria en la que se encuentre.
• Mediante las herramientas ofrecidas por Matlab, se realizó la interfaz gráfica del usuario dando así aplicación a los temas vistos durante todo el semestre actual de clase.
• Gracias a los avances e investigación de la ciencia en el área dela electricidad, se logró determinar las ecuaciones necesarias para implementar el actual programa.
• Se concluye que este programa es una opción muy eficaz, práctica y rápida del análisis real de un transformador para el ahorro energético y el ahorro de costos.
• En el trabajo se aplicaron conocimientos adquiridos durante el curso de programación para dar solución a problemas reales.
• Puede notarse como el entorno gráfico de Matlab permite que usuarios no familiarizados con el programa pueda interactuar fácilmente con el mismo.
• El trabajo podría continuarse desarrollando e innovando, agregando mas variables, como el cálculo de potencias, de corrientes y de impedancias, permitiendo lograr una cercanía mayor de lo teórico con lo practico.
• Al final de la ejecución del programa se puede verificar la utilidad de este planteamiento y lo practico que puede resultar para los diferentes sectores de las industria.

Cronograma

Cronograma

Referencias

"El libro practico de los generadores, transformadores y motores eléctricos", Capitulo 2; Gilberto E. HARPER