¿Qué es la calidad de energía y por qué es clave en sistemas eléctricos?

Existen diferentes definiciones de lo que es la calidad de la energía, no obstante, todas están relacionadas con una condición de electricidad óptima para que los dispositivos y equipos funcionen sin problemas y adecuadamente. Esto se traduce en la ausencia de problemas de voltaje, corriente o frecuencia en el suministro eléctrico, que afectan los resultados de operación y producen fallas o mal funcionamiento en los equipos. A continuación, se profundiza sobre el tema para ayudar a evitar las desviaciones mencionadas. 

Factores que afectan la calidad de la energía eléctrica 

La calidad de la energía adecuada se caracteriza por el hecho de que la tensión de red que llega al usuario coincida con la tensión de red prometida por la compañía de suministro eléctrico. No obstante, existen diversos factores que pueden afectar esta condición, tanto del lado de la fuente (generadores de electricidad y estructura de la red de distribución, y transmisión de la tensión de red), como influencias del consumidor.  

Factores provenientes de la fuente 

Los factores que se encuentran del lado de la compañía de electricidad son los relacionados con la generación y la transmisión: 

• Interrupciones: se presentan cuando la energía eléctrica se corta temporal o permanentemente. Pueden ser de tres tipos diferentes con base a su duración: momentáneas (menores al 10% del voltaje nominal), temporales (entre 3 segundos y 1 minuto) o sostenidas (más de 1 minuto).  
• Sobretensiones: ocurre un aumento repentino y breve del voltaje. 
• Picos de voltaje: es el incremento repentino y transitorio del voltaje.
• Distorsión armónica: se refiere a la deformación de la onda de la corriente, provocada por la presencia de armónicos (frecuencias más altas que se superponen a la forma fundamental de la onda).
• Ruido eléctrico: son las interferencias no deseadas que se añaden o se suman a la señal eléctrica principal. 

Factores por parte del consumidor 

Del lado del usuario, también se presentan condiciones que pueden afectar la calidad de energía eléctrica, como las siguientes: 

• Variación de frecuencia: alteraciones en la frecuencia de la red eléctrica que es comúnmente, de 60 Hz. 
• Fluctuaciones de voltaje: cambios no deseados en el voltaje, ocasionados por diferentes causas, como la congestión de la red o el arranque de grandes cargas.  
• Cargas no lineales: son los dispositivos que no consumen energía de manera uniforme, como algunos equipos electrónicos, que llegan a generar armónicos.  
• Resonancia: cuando la frecuencia de la corriente coincide con la frecuencia natural de algunos elementos de la red, causando sobrevoltajes y daños. 
• Sobrecarga de dispositivos: cuando se conectan más equipos de los que una instalación puede soportar, provocando caídas de voltaje, sobrecalentamientos y distorsiones en la forma de onda, lo que degrada la calidad de la energía y pone en riesgo tanto al equipo como al sistema eléctrico. 

Consecuencias de una mala calidad de energía en la industria 

La mala calidad de energía puede acarrear impactos negativos con los usuarios: 

• Daños a equipos: los picos de voltaje, fluctuaciones y sobretensiones pueden dañar o reducir la vida útil de los dispositivos eléctricos, impactando en los costos. 
• Reducción de la productividad: asimismo, las fluctuaciones e interrupciones pueden generar fallas en la producción, impactando en la productividad de las empresas. 
• Pérdida de datos: las interrupciones llegan a causar pérdida de datos en sistemas digitales y otros equipos sensibles.  
• Aumento del riesgo de incendios: la mala calidad de la energía puede ocasionar sobrecalentamientos en los equipos, aumentando el riesgo de incendios. 

¿Cómo mejorar la calidad de energía con soluciones especializadas? 

Para mejorar la calidad de la energía, es esencial considerar los pasos siguientes: 

• Identificar los problemas de calidad con herramientas de monitoreo, como los analizadores de calidad de energía. Para luego analizar los resultados. 
• Implementar soluciones específicas como fuentes de alimentación ininterrumpida (UPS), filtros de armónicos, compensadores estáticos o reguladores de voltaje. 
• Implementar un sistema de gestión energética (EMS) que contribuya a descubrir la causa raíz de las fallas y asegurar que se aborden de forma completa. 
• Incluir prácticas complementarias como el cumplimiento de estándares internacionales, el uso de software de gestión de energía, auditorías energéticas e involucramiento del personal capacitado. 

¿Cómo calcular la calidad de la energía? 

Para medir la calidad de la energía, a menudo se emplean estándares internacionales. Estas normas sirven como guía para medir y valorar la calidad del suministro de energía eléctrica. Además, aseguran la consistencia de las mediciones, ayudan a identificar los tipos de fallas existentes y garantizan que los sistemas eléctricos cumplan con las normas específicas de calidad y confiabilidad. A continuación, se presentan algunos ejemplos de estándares internacionales de calidad de la energía. 

• IEC 61000-4-30: estipula cómo debe medirse la calidad de la energía.  
• IEC 61000-4-7: regula la medición de la corriente, la tensión de armónicos y la corriente armónica. 
• IEC 61000-4-15: define técnicas de prueba para la medición de fluctuaciones y parpadeos de voltaje y los requisitos de los instrumentos de medición.  
• EN 50160: es una norma europea de calidad de la energía que define valores límite para la tensión. 
• IEEE 519: norma relacionada con armónicos de tensión y armónicos de corriente. 
• IEEE 1159: sobre cómo monitorear la calidad de la energía.  

¿Cómo se hace un estudio de calidad de energía? 

Para efectuar un estudio de la calidad de energía en una empresa, es necesario evaluar diferentes parámetros eléctricos y compararlos con los estándares establecidos: 

• Determinar los parámetros a medir: identificar qué parámetros son relevantes para el estudio de calidad de la energía. Esto puede incluir tensión, corriente, frecuencia, factor de potencia, distorsión armónica, subidas, bajadas, caídas e interrupciones de la tensión eléctrica, transitorios (picos de tensión, sobre voltajes), etc.  
• Seleccionar los instrumentos de medición: como analizadores de calidad de energía, multímetros u osciloscopios, para obtener datos confiables y precisos.  
• Hacer las mediciones: realizar las mediciones significativas en distintos puntos de la red eléctrica, en diferentes tiempos y en diversas condiciones de carga.  
• Analizar los datos: se deben procesar los datos obtenidos para identificar patrones de comportamiento, desviaciones de los valores nominales y posibles fallas de calidad de la energía.  
• Comparar con normas y estándares: evaluar los resultados con normas y estándares de calidad de la energía, como la norma IEC 61000.  
• Generar informes: efectuar informes minuciosos que incluyan los resultados de las mediciones, su análisis y las recomendaciones de mejora. 

Para que estos estudios logren ahorro y calidad de energía eléctrica, dos cosas son esenciales: 

• Los instrumentos de medición, de preferencia, analizadores de redes eléctricas clase A. 
• El equipo de expertos interpretará los datos, pues solo de esta manera se aprovechará al máximo la información recolectada. 

La energía de mala calidad puede generar problemas en los equipos electrónicos y fallas en los sistemas informáticos. Estos problemas son comunes y no es fácil identificar si la causa reside en el sistema del proveedor o en el del usuario. Por ello, la medición de la calidad de la energía es fundamental para comprender la causa real de sus desviaciones, así como para analizar y establecer medidas correctivas eficaces. 

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