Conservation Vo,tage Reduction

INESSMAN LTDA
ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE IMPLEMENTAR PROYECTOS DE
AHORRO ENERGÉTICO EN SISTEMAS INDUSTRIALES MEDIANTE
LA TECNICA CVR (CONSERVATION VOLTAGE REDUCTION)
Fecha: Mayo de 2019 Documento: GE-INSSMN-ELE-07-CVR-0519 REV 0 Hoja: 1 de 28
GE-INSSMN-ELE-07-CVR-0519
INESSMAN
ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE IMPLEMENTAR PROYECTOS DE AHORRO ENERGÉTICOO
EN SISTEMAS INDUSTRIALES MEDIANTE LA TECNICA CVR (CONSERVATION VOLTAGE
REDUCTION)
BOGOTA D.C., MAYO DE 2019

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CONTENIDO
Pág.
1. OBJETO"""""""""""""""""""""""""""""""""".5
2. JUSTIFICACION""""""""""""""""""""""""""""""..5
3. GLOSARIO Y/O DEFINICIONES """"""""""""""""""""""".7
4. HIPOTESIS"""""""""""""""""""""""""""""""""7
5. PRINCIPIOS DE OPERACIÓN""""""""""""""""""""""""..7
6. CONSIDERACIONES PREVIAS""""""""""""""""""""""""8
7. METODO ANALIZADO"""""""""""""""""""""""""""..11
8. CASO DE ESTUDIO""""""""""""""""""""""""""""..11
9. DISCUSION"""""""""""""""""""""""""""""""".24
10. CONCLUSIONES"""""""""""""""""""""""""""""".26
11. BIBLIOGRAFIA""""""""""""""""""""""""""""""".27

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ÍNDICE DE FIGURAS
Pág.
Figura.1 Perfil de carga empleado en la simulación//////.....////////.///..9
Figura.2 Sistema eléctrico simplificado para análisis de carga individual................................... 10
Figura.3 Sistema eléctrico simplificado para análisis de varias cargas..////////.//10
Figura.4 Simulación tensión barraje BT, carga del sistema grandes motores
eléctricos//////////////////////////..////////.//12
Figura.5 Simulación consumo de potencia carga del sistema grandes motores
eléctricos///////////////////////////////////./.13
Figura.6 Simulación tensión barraje BT, carga del sistema pequeños motores eléctricos//. 14
Figura.7 Simulación consumo de potencia carga del sistema pequeños motores eléctricos/. 14
Figura.8 Simulación tensión barraje BT, carga del sistema aires acondicionados////// 15
Figura.9 Simulación consumo de potencia carga del sistema aires acondicionados//..//16
Figura.10 Simulación tensión barraje BT, carga del sistema iluminación incandescente//.... 17
Figura.11 Simulación consumo de potencia carga del sistema iluminación incandescente/... 17
Figura.12 Simulación tensión barraje BT, carga del sistema iluminación fluorescente
convencional ////////////.////.////////////////.//.18
Figura.13 Simulación consumo de potencia carga del sistema iluminación fluorescente
convencional ////////////.////./////////////././///19
Figura.14 Simulación tensión barraje BT, iluminación fluorescente compacta///..//./.. 20
Figura.15 Simulación consumo de potencia carga del sistema, iluminación fluorescente
compacta////////////////////////////////////. 20
Figura.16 Simulación tensión barraje BT, cargas combinadas (grandes motores eléctricos, aires
acondicionados, iluminación fluorescente convencional)/.////////.///////21
Figura.17 Simulación tensión barraje BT, cargas combinadas (grandes motores eléctricos, aires
acondicionados, iluminación fluorescente convencional)/.////////.///////22
Figura.18 Simulación tensión barraje BT, cargas combinadas (pequeños motores eléctricos,
aires acondicionados, iluminación fluorescente compacta)/.////////.//////23
Figura.19 Simulación tensión barraje BT, cargas combinadas (pequeños motores eléctricos,
aires acondicionados, iluminación fluorescente compacta)////////.///////. 23
Figura.20 Curva par motor vs deslizamiento//////.....////////.///.,//..25
Figura 21 Esquema variador de velocidad//////.....////////.//////...25

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ÍNDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla.1 Valores típicos de párametros, modelo exponencial..////////.//////..9
Tabla.2 Resultados simulación carga grandes motores eléctricos////////.////.12
Tabla.3 Resultados simulación carga pequeños motores eléctricos.../../////////..13
Tabla.4 Resultados simulación carga aires acondicionados///////////////.15
Tabla.5 Resultados simulación iluminación incandescente///////////////...16
Tabla.6 Resultados simulación carga iluminación fluorescente convencional////////18
Tabla.7 Resultados simulación carga iluminación fluorescente compacta/..//////.......19
Tabla.8 Resultados simulación cargas combinadas (grandes motores eléctricos, aires
acondicionados e iluminación fluorescente convencional)/../////////////......21
Tabla.9 Resultados simulación cargas combinadas (pequeños motores eléctricos, aires
acondicionados e iluminación fluorescente compacta)/..//////////////.......22

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ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE IMPLEMENTAR PROYECTOS DE AHORRO ENERGÉTICOO
EN SISTEMAS INDUSTRIALES MEDIANTE LA TECNICA CVR (CONSERVATION VOLTAGE
REDUCTION)
1. OBJETO
Determinar de manera objetiva la viabilidad al aplicar la técnica CVR (Conservation Voltage
Reduction) en sistemas eléctricos de potencia de tipo industrial como una alternativa eficaz para
obtener ahorros energéticos sin degradar la capacidad productiva de los mismos.
2. JUSTIFICACIÓN
ELSPEC ha requerido a sus agentes, entre otros a INESSMAN para que promocionen la línea
EQUALIZER como una alternativa para ahorrar energía en la industria. Algunos de los clientes
que han sido contactados bajo este argumento solicitan información más amplia acerca de la
manera en la que la compensación reactiva realmente puede lograr una mejora en cuanto a
reducción de consumo y de costos de energía, pero la información comercial disponible no
resulta ser suficiente ni adecuada para mostrar los beneficios indicados de una manera
convincente.
Por otra parte, la evaluación del potencial de ahorro se convierte en una suerte de caja negra,
debido a que la mecánica que se ha establecido hasta ahora es la siguiente:
a) Motivar a los clientes potenciales acerca de las bondades de implementar un proyecto de
compensación dinámica con el fin de lograr una reducción representativa en la
facturación de energía eléctrica. Para el efecto se plantea la posibilidad de adelantar
mediciones en forma gratuita con el fin de estimar el potencial que, según la literatura y
presentaciones suministradas para el efecto por parte de ELSPEC, puede alcanzar entre
el 8 y el 10 % (en las presentaciones se habla de valores del 8 % y se muestran gráficas
con valores del 10 %)
b) Tomar un registro de alta resolución empleando equipos tales como el G4500 o sus
semejantes de la familia G4K de ELSPEC o el PUREBB, también de ELSPEC.
c) Enviar los resultados del mismo a la Casa Matriz de ELSPEC para el procesamiento de
dicho registro con la consecuente generación de un reporte en el que se estima un
potencial de ahorro de energía.
d) Seleccionar un equipo de la gama de fabricación de ELSPEC o definición de un sistema
especial, si a través del análisis realizado por la Casa Matriz se determina que ello es
requerido, con la consecuente preparación de la propuesta comercial para el cliente.
e) Plantear un esquema de amortización de la propuesta con base en el ahorro estimado
según las tarifas de energía del operador de red respectivo (para este efecto se toma

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como base el basado en el potencial calculado con el fin de justificar el ROI del
Proyecto).
f) Una vez suministrado el sistema efectuar mediciones en condiciones similares a las
iniciales con el fin de validar los resultados de la implementación según el estimado de la
Fábrica.
Esta mecánica tiene los siguientes inconvenientes:
a) La literatura disponible para efectos de la promoción comercial plantea una posibilidad
que genera expectativas importantes al Cliente (ahorros que, según se indica,
eventualmente pueden llegar al orden cercano al 10 %), pero su contenido no da claridad
con respecto a los fundamentos físicos que sustentan la efectividad de la solución para
lograr una reducción en la demanda de energía. Así contrariamente a casos como el de
la aplicación de la compensación dinámica de reactivos en procesos de soldadura de
punto, en el que se puede justificar plenamente la influencia de la tensión en la calidad
de la junta con base en el hecho de que existe una relación cuadrática entre la energía
disponible para fusión y la tensión de alimentación, para la potencial aplicación de
compensación dinámica para ahorro de energía mediante la reducción de la tensión de
operación no hay claridad acerca de cómo se logra el efecto deseado, salvo la
percepción intuitiva de que a menor tensión, hay una menor entrega de potencia a la
carga.
b) El agente, quien en últimas es el responsable de asesorar al cliente para determinar si la
solución es aplicable o no y que también es el responsable de promover la marca y de
defender la reputación de la misma, pierde completamente la conexión con el proceso de
ingeniería del proyecto y por esa vía se reduce a ser un simple gestor que no tiene
claridad de un proceso sobre el que ha adquirido una responsabilidad.
c) Dado que el estimado de ahorro se hace a través de una aplicación desarrollada por
ELSPEC a la que no tienen acceso ni sus propios agentes, no hay una trazabilidad del
proceso de estimación de ahorros ni se puede hacer ninguna validación al respecto.
Dicha trazabilidad sería deseable en la medida en que en la etapa de negociación las
diferentes instancias en la compañía cliente suelen solicitar aclaraciones que
necesariamente deben ser resueltas de manera rápida y contundente para evitar
comprometer la viabilidad del Proyecto.
d) Debido a que el agente adquiere un compromiso con el cliente en cuanto a lograr una
reducción en el consumo de energía de su red eléctrica sin entrar a comprometer el
desempeño de la misma, hay una responsabilidad sobre un resultado y ello puede
determinar situaciones en las que el agente pueda ser llamado a responder de alguna
manera si los ahorros no son los esperados (de hecho algunos clientes hablan de la
posibilidad de pagar mensualmente la solución con el dinero ahorrado). ELSPEC ha
planteado la posibilidad de manejar el tema como una suerte de “try-buy” (o más bien“si
no te satisface lo devuelves”) pero en realidad no se conoce un esquema preciso para el
manejo de este tipo de situaciones, de modo que el agente tiene un riesgo muy alto de

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quedar en medio de una situación incómoda y onerosa para él si el cliente genera un
cuestionamiento acerca de la efectividad de la solución y decide que no está dispuesto a
comprar el equipo porque no satisface las expectativas de ahorro que se le generaron.
La situación descrita anteriormente justifica de manera plena el desarrollo de una metodología
de análisis que permita que el agente de manera individual y sin que necesariamente medie el
apoyo de la Fábrica (ELSPEC) pueda analizar la viabilidad de un proyecto de CVR y establecer
las dimensiones de la solución de compensación dinámica (RTPFC) más adecuada para el
efecto, de manera que tenga un mayor control sobre el proyecto en el que se encuentra
involucrado y, a la vez, pueda defender con mayor facilidad su posición ante el cliente.
3. GLOSARIO Y/O DEFINICIONES
Energía: Capacidad que tiene la materia de producir trabajo en forma de movimiento, luz, calor.
Par Motor: Es el momento de fuerza que ejerce sobre el eje de transmisión de potencia o, dicho
de otro modo, la tendencia de una fuerza para girar un objeto alrededor de un eje, punto de
apoyo o de pivote.
Potencia: Es la capacidad de trabajo por unidad de tiempo.
Velocidad Angular: La magnitud que caracteriza la rapidez con la que varía el Angulo de
barrido por la línea que une la partícula que gira con el centro de rotación
∆E%: Porcentaje cambio de energía.
∆V%: Porcentaje reducción de tensión.
CVR: Conservation Voltage Reduction
4. HIPOTESIS
El concepto de CVR puede aplicarse de manera indistinta a sistemas residenciales e industriales
para obtener reducciones en los valores pico de demanda y, lo más importante, para reducir el
consumo de energía activa.
5. PRINCIPIO DE OPERACIÓN
El concepto de CVR en la práctica consiste en operar el sistema de transmisión o distribución de
energía en la franja inferior de la banda de tolerancias de tensión, de modo que se tiene un
voltaje promedio ligeramente menor al nominal con el propósito de reducir la potencia aportada
por la red a las cargas del sistema (ello bajo la premisa de que la relación tensión corriente tiene
un comportamiento aproximadamente lineal si no para la totalidad, al menos para un porcentaje
significativo del total de las cargas).

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En la práctica, las estadísticas indican que con la aplicación de la técnica de reducción de
tensión en sistemas de distribución se consiguen ahorros de energía entre el 1 y el 4%
dependiendo de la reducción de la tensión de consigna (la cual se ubica entre el 97% y el 98 %
cuando se aplica la técnica de CVR). La relación entre el ahorro de potencia activa y la
disminución de tensión es el factor CVR, el cual corresponde a la sensibilidad de carga a voltaje
en un dispositivo eléctrico; esto es definido mediante la expresión
CVR =
∆ %
∆ %
E.c.1
Al analizar el consumo de una bombilla incandescente se ilustra fácilmente el concepto del CVR.
La bombilla incandescente es básicamente una resistencia y debido a ello la potencia entregada
por ella varía con el cuadrado de la tensión. Por lo tanto al disminuir su voltaje de alimentación la
energía consumida disminuirá en un proporción cuadrática de modo que una reducción de tan
solo un 1% en la tensión deriva en una reducción del 2% en la energía total consumida por el
dispositivo. En realidad, las bombillas incandescentes no son resistencias perfectas, porque la
resistencia de la bombilla cambia a medida que la bombilla se calienta y en la práctica, a través
de experimentos de laboratorio, se ha establecido que el factor CVR para una bombilla
incandescente es alrededor de 1.5 debido a este efecto.
El concepto del factor CVR es importante ya que este determina, según la naturaleza de los
equipos de una instalación, cuál es el posible impacto en la demanda de potencia como
consecuencia de la reducción en el voltaje de alimentación.
6. CONSIDERACIONES PREVIAS
• Se considera dentro del análisis el sistema eléctrico correspondiente a una planta
industrial, el cual es alimentado en la mayoría de los casos por un transformador con
cambiador de tomas sin carga (no existe la posibilidad de ajustar la tensión en forma
automática).
• El método de cálculo desarrollado por INESSMAN se estructuró sobre el Sotfware
NEPLAN y se basa en estimar el consumo de potencia de un sistema determinado,
empleando el modelo exponencial para las cargas:
P = P
∝
Q = Q
∝
≥ 0 E.c.2
Esta metodología puede ser implementada empleando otras opciones de software
desarrolladas para adelantar análisis de flujo de carga tales como IPSEO, SPARD, ETAP,
DIGSILENT, etc
• Para que los resultados de una simulación sean confiables necesariamente se debe tener
en cuenta la estructura interna del sistema al menos en cuanto a la forma en la que se
distribuyen las cargas por tipo (iluminación incandescente, iluminación fluorescente,
sistemas de aire acondicionado, motores de inducción, etc). Para sistemas complejos con

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múltiples niveles la simulación podría llegar a requerir el mismo nivel de detalle necesario
para efectuar cálculos de flujo de carga para ingeniería básica.
• Los exponentes de las expresiones anteriores varían de acuerdo con el tipo de carga de
manera que permitan un modelamiento aproximado del comportamiento real. Los valores
típicos de este modelo son mostrados en la tabla 1.
Tabla 1. Valores típicos de parámetros, modelo exponencial.
Componente De Carga ∝ ∝
Resistencia Para Calentamiento De Ambiente 2.00 0.00
Bomba Del Sistema De Calentamiento 0.20 2.50
Bomba De Aire Acondicionado 0.20 2.50
Aire Acondicionado Central 0.20 2.20
Aire Acondicionado Para Dormitorios 0.20 2.50
Calentador De Agua 2.00 0.00
Refrigerador 0.80 2.50
Lava Platos 1.80 3.50
Lava Ropas 0.08 1.60
Seca Ropas 2.00 3.30
Lámpara Incandescente 1.54 0.00
Lámpara Fluorescente Convencional 2.07 3.21
Lámpara Fluorescente Compacta 0.95-1.03 0.31-0.46
Pequeños Motores Industriales 0.10 0.60
Grandes Motores Industriales 0.06 0.50
Bomba De Agua Para Irrigación 1.40 1.40
• Las cargas fueron simuladas incluyendo un perfil de carga variable durante un periodo
equivalente a un día. Ello con el fin de aproximar el comportamiento fluctuante generado
durante la operación normal de un proceso industrial.

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Figura 1. Perfil de carga empleado en la simulación
• Con el fin de determinar el efecto en la reducción de la tensión, se realiza un análisis sobre
diferentes tipos de carga tomando como base el siguiente diagrama unifilar.
Figura 2. Sistema eléctrico simplificado para análisis de carga individual
• Para analizar el comportamiento de diferentes tipos de cargas operando de manera
simultánea se agregan cargas (ver figura 3) sobre el sistema eléctrico presentado en la
figura 2.

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Figura 3. Sistema eléctrico simplificado para análisis de varias cargas
• En sistemas industriales se recomienda que la caída de tensión en los alimentadores sea
de 3% a 5%.
7. MÉTODO ANALIZADO
El concepto de la reducción de tensión (CVR) consiste en principio reducir la demanda eléctrica
y reducir el consumo de energía en tiempo real, disminuyendo la tensión en los nodos
principales de distribución de cargas a un valor aceptable desde el punto de vista de continuidad
de servicio de la carga. Para un sistema correspondiente a una planta industrial, esta
disminución es realizada a través del cambiador de tomas en el transformador principal (el cual
típicamente no opera bajo carga); debido a que la tensión disminuye se debe incluir un control
de tensión mediante potencia reactiva (Volt-Var), el cual es mostrado en los diagramas unifilares
de las figuras 2 y 3 modelado como un banco de condensadores con pasos variables.
La dificultad para calcular el factor CVR radica en la complejidad de las cargas del sistema a
analizar y el proceso que se tiene. Con base en lo anterior se planteó los siguientes pasos para
determinar el factor CVR:
i. Reducción del tap del transformador principal.
ii. Operación del banco de compensación capacitivo para mantener la tensión dentro del
valor esperado (entre 3% y 5%).
iii. Estimación de consumos y tensiones antes de la modificación en el tap.
iv. Estimación de consumos y tensiones después de la modificación en el tap.
v. Estimación del factor CVR con los consumos antes y después de la reducción del tap.

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8. CASOS DE ESTUDIO
8.1. Sistema eléctrico con cargas de tipo grandes motores eléctricos
Con base en el diagrama unifilar de la figura 2, se considera que la carga instalada consiste en
grandes motores. Los valores obtenidos una vez es realizado la reducción de tensión descrita en
la sección anterior son mostrados a continuación.
Tabla 2. Resultados simulación carga grandes motores eléctricos
Carga: grandes motores eléctricos
Voltaje Prom Antes [V] 472.3
Voltaje Prom Después [V] 455.84
Reducción Tensión [V] 16.46
Tensión inicial [V] 472.3
Tensión final [V] 455.84
Reducción De Tensión ∆V% 3.49
Consumo inicial [kW] 853.14
Consumo final [kW] 851.34
Reducción Consumo Potencia [kW] 1.8
Reducción Consumo Potencia ∆P% 0.21
Factor CVR 0.06
El comportamiento en el tiempo para la tensión y potencia activa, de acuerdo con las
consideraciones de simulación, se muestra en las figuras 4 y 5.

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Figura 4. Simulación tensión barraje BT, carga del sistema grandes motores eléctricos
Figura 5. Simulación consumo de potencia carga del sistema grandes motores eléctricos
Con base en los resultados encontrados, se observa que no hay un valor significativo en el
factor de CVR y la reducción de potencia es de 0.2%.

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8.2. Sistema eléctrico con cargas de tipo pequeños motores eléctricos
Con base en el diagrama unifilar de la figura 2, se considera que la carga instalada consiste en
pequeños motores de baja tensión. Los valores obtenidos una vez es realizado la reducción de
tensión descrita en la sección anterior son mostrados a continuación.
Tabla 3. Resultados simulación carga pequeños motores eléctricos
Carga pequeños Motores Eléctricos
Consumo Antes [kW] 855.45
Consumo Después [kW] 852.03
Factor CVR 0.12
Figura 6. Simulación tensión barraje BT, carga del sistema pequeños motores eléctricos

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Figura 7. Simulación consumo de potencia carga del sistema pequeños motores
eléctricos
Con base en los resultados encontrados, se observa que no hay un valor significativo en el
factor de CVR y la reducción de potencia es de 0.4%
8.3. Sistema eléctrico con cargas tipo aire acondicionado
Se considera que la carga instalada en el sistema eléctrico de la figura 2, consiste en aires
acondicionado. Los valores obtenidos una vez es realizado la reducción de tensión son
presentados a continuación.
Las figuras 8 y 9 ilustran el comportamiento de las variables de tensión y potencia activa durante
el periodo de tiempo simulado.
Tabla 4. Resultados simulación carga aires acondicionados
Carga aires acondicionados
Voltaje Prom inicial [V] 472.5
Voltaje Prom final [V] 456.1
Factor CVR 0.2

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Figura 8. Simulación tensión barraje BT, carga del sistema aires acondicionados
Figura 9. Simulación consumo de potencia carga del sistema aires acondicionados

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8.4. Sistema eléctrico con cargas tipo iluminación incandescente
La carga instalada en el sistema eléctrico de la figura 2, consiste en iluminación incandescente;
los valores obtenidos una vez es realizado la reducción de tensión son presentados a
continuación.
Tabla 5. Resultados simulación carga iluminación incandescente
Carga iluminación incandescente
Factor CVR 1.52
Las figuras 10 y 11 ilustran el comportamiento de las variables de tensión y potencia activa
durante el periodo de tiempo simulado.
Figura 10. Simulación tensión barraje BT, carga del sistema iluminación incandescente

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Figura 11. Simulación consumo de potencia carga del sistema iluminación incandescente
En este escenario de simulación se observa una disminución de 44 kW y un factor CVR de 1.5
lo cual implica un ahorro significativo para este tipo de carga.
8.5. Sistema eléctrico con cargas tipo iluminación fluorescente convencional
Para las cargas de iluminación de tipo fluorescente convencional se obtienen los siguientes
valores al realizar la reducción de tensión son presentados a continuación.
Tabla 6. Resultados simulación carga iluminación fluorescente convencional
Carga iluminación fluorescente convencional
Factor CVR 2.00

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Figura 12. Simulación tensión barraje BT, iluminación fluorescente convencional.
Figura 13. Simulación consumo de potencia carga del sistema iluminación fluorescente
convencional
Al igual que el escenario anterior, se observa una disminución de potencia activa y un factor
CVR considerable para este tipo de carga.

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8.6. Sistema eléctrico con cargas tipo iluminación fluorescente compacta
Para las cargas de iluminación de tipo fluorescente compacta se obtienen los siguientes valores
al realizar la reducción de tensión son presentados a continuación.
Tabla 7. Resultados simulación carga iluminación fluorescente compacta
Cargas Iluminación Fluorescentes Compacta
Factor CVR 1.04
Figura 14. Simulación tensión barraje BT, iluminación fluorescente compacta

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Figura 15. Simulación consumo de potencia carga del sistema iluminación fluorescente
compacta
8.7. Sistema eléctrico con diversos tipos de cargas (grandes motores eléctricos, aires
acondicionados, iluminación fluorescente convencional)
El escenario contempla la operación simultánea de diferentes tipos de cargas: grandes motores
eléctricos, iluminación fluorescente convencional y aires acondicionados, siendo estas tres las
cargas típicas dentro de un sistema industrial. Con base en lo anterior se obtienen los siguientes
valores al realizar la reducción de tensión.
Tabla 8. Resultados simulación cargas combinadas (grandes motores eléctricos, aires
acondicionados e iluminación fluorescente convencional)
Sistema Con Cargas Combinadas
Carga Motores Eléctricos [kW] 600
Cargas Aire Acondicionado [kW] 200
Carga Iluminación Fluorescente [kW] 200
Factor CVR 0.49

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Figura 16. Simulación tensión barraje BT, cargas combinadas (grandes motores
eléctricos, aires acondicionados, iluminación fluorescente convencional)
Figura 17. Simulación consumo de potencia cargas combinadas (grandes motores
eléctricos, aires acondicionados, iluminación fluorescente convencional)
8.7. Sistema eléctrico con diversos tipos de cargas (pequeños motores eléctricos, aires
acondicionados, iluminación fluorescente compacta)
El escenario contempla la operación simultánea de diferentes tipos de cargas: pequeños
motores eléctricos, iluminación fluorescente compacta y aires acondicionados, siendo estas tres
las cargas típicas dentro de un sistema industrial. Con base en lo anterior se obtienen los
siguientes valores al realizar la reducción de tensión.

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Tabla 9. Resultados simulación cargas combinadas (pequeños motores eléctricos, aires
acondicionados, iluminación fluorescente compacta)
Sistema Con Cargas Combinadas
Carga Motores Eléctricos [kW] 600
Cargas Aire Acondicionado [kW] 200
Carga Iluminación Fluorescente [kW] 200
Factor CVR 0.12
Figura 18. Simulación tensión barraje BT, cargas combinadas (pequeños motores
eléctricos, aires acondicionados, iluminación fluorescente compacta)

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Figura 19. Simulación consumo de potencia cargas combinadas (pequeños motores
eléctricos, aires acondicionados, iluminación fluorescente compacta)
9. DISCUSIÓN
Al analizar los resultados obtenidos en las simulaciones realizadas para cada tipo de carga por
separado se evidencia que en grandes motores eléctricos, pequeños motores eléctricos y aires
acondicionados se consiguen ahorros en el consumo de apenas 0.21%, 0.40% y 0.70%,
respectivamente, con factores CVR 0.06, 0.12 y 0.2, respectivamente. Para iluminación
incandescente, fluorescente convencional y fluorescente compacta, la reducción de necesidades
de potencia es de 5.27%, 7.02% y 3.60%, respectivamente, con factores CVR 1.52, 2 y 1.04,
respectivamente. Lo anterior para una reducción de 3.5% en el nivel de tensión de consigna.
En la simulación de un sistema con una combinación de cargas involucrando iluminación
fluorescente convencional (60% grandes motores, 20% aire acondicionado, 20% iluminación
Fluorescente Convencional) se evidencia que el ahorro en porcentaje del consumo es de 1.0%,
con factor CVR 0.49, cuando se reduce la tensión de consigna en un 4.1%.
En la simulación de un sistema con una combinación de cargas involucrando iluminación
fluorescente compacta (60% pequeños motores, 20% aire acondicionado, 20% iluminación
Fluorescente Compacta) se evidencia que el ahorro en porcentaje del consumo es de 0.5% con
CVR 0.12, cuando se reduce un 4.1% la tensión.
Es claro que, debido al tipo de cargas involucradas, a nivel de sistemas de distribución con
usuarios de tipo residencial la reducción de tensión en un porcentaje pequeño disminuye el
consumo de manera considerable y ello no genera inconvenientes en la medida en la que el
tema de fondo es el confort y este no se ve afectado de manera perceptible (por ejemplo un
usuario no va a reclamar por una variación en la intensidad luminosa que tan solo puede
percibir, mas no medir o por la variación en la velocidad de operación de un electrodoméstico
que involucra un motor universal). No obstante, también hay un grupo de cargas en las

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viviendas en las cuales no se consigue ahorro de energía al disminuir su tensión de alimentación
como son los calentadores de agua eléctricos (ya que el consumo se establece de acuerdo al
ajuste del agua que se programe), las lámparas fluorescentes o de tipo LED (por ser
alimentadas por fuentes electrónicas que consumen aproximadamente la misma cantidad de
energía independiente del voltaje de alimentación) y los equipos electrónicos de sonido,
computación y televisión (también por ser alimentadas por fuentes electrónicas que consumen
aproximadamente la misma cantidad de energía independiente del voltaje de alimentación).
En las plantas industriales los factores CVR resultan ser muy inferiores a los encontrados en
sistemas de distribución industriales. La razón para ello es en esencia el tipo de cargas que se
involucran en cada caso. En el caso de los sistemas industriales el comportamiento de los
motores ante las variaciones en la tensión resulta ser determinante (en la gran mayoría de lso
sistemas industriales la masa de la demanda corresponde a motores de inducción en una
proporción superior al 70 %). Dentro de un margen muy estrecho, la variación en la tensión de
alimentación de un motor reduce la demanda de potencia en una proporción bastante baja y
aumenta la velocidad de deslizamiento (disminución de la velocidad de rotación), también en
una proporción baja (ver ecuaciones E.c.3 y E.c.4), pero en la práctica esto no es conveniente
porque constituye una degradación en la operación del equipo (reducción de par y mayor
posibilidad de atascamiento con la carga). De otro lado, la reducción en velocidad y en
capacidad de responder a la carga puede involucrar tiempos de operación mayores, de modo
que aunque la potencia requerida sea mayor, la energía total involucrada es aproximadamente
la misma (caso del motor de una bomba de agua que alimenta un tanque de llenado: al disminuir
su tensión el consumo de potencia de esta baja un pequeño porcentaje pero su velocidad
disminuye al igual que su caudal y por ello el tiempo de llenado del tanque aumenta, lo que a la
postre significa que el consumo total de energía es muy similar al caso de alimentación a tensión
nominal).
T =
m ∗
´
∗ V1!
2π ∗
$%
&
∗ ' R +
´
)
!
+ Xcc!,
E. c. 3
P=T.w E. c. 4
P: Potencia (watios)
T: Par (N.m)
w: Velocidad Angular(Rad/s)

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Figura 20. Curva par motor vs deslizamiento
Cuando el motor se encuentra conectado a un variador de velocidad y se realiza una reducción
de tensión a la entrada, dicha reducción no genera un beneficio en el consumo de potencia, ya
que la salida de este alimenta el motor de inducción cuyo requerimiento energético
mayoritariamente viene determinado por el par impuesto por la carga, perdidas mecánicas y la
velocidad de giro la cual se programa y es, en efecto, la consigna el variador.
Figura 21. Esquema variador de velocidad
También existen procesos en los cuales hay control de lazo cerrado sobre variables como el
caso de la temperatura de un horno en el cual así baje la tensión de alimentación el control
electrónico actúa manteniendo la consigna de temperatura programada, de manera que el
bache de proceso consuma la misma cantidad de potencia.
Además hay inconvenientes de tipo técnico en la operación del sistema de potencia en el sector
industrial cuando se reduce el nivel de tensión, entre los que se encuentran inestabilidad en
algunos sistemas y el bloqueo de motores conectados en colas de circuito (esto sucede cuando
se disminuye la tensión y el motor está conectado con una acometida larga y maneja un par alto
en operación).

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10. CONCLUSIONES
Los factores CVR estimados en las simulaciones son consistentes con la información contenida
en la literatura disponible (ello para las categorías sobre las cuales hay datos específicos) y en
esa medida se puede afirmar que tanto el uso de la herramienta computacional empleada como
de la metodología presentada en este documento entrega resultados confiables en cuanto al
efecto de la tensión de alimentación en la potencia entregada a las cargas de un sistema
eléctrico.
Los valores de ahorro del orden del 10 % sugeridos en la literatura facilitada por ELSPEC para
fines de la promoción comercial de los equipos EQ como una solución de ahorro de energía no
son alcanzables en la práctica en sistemas industriales y, de hecho, los niveles de ahorro
pueden ser sensiblemente inferiores al 1% en sistemas en los cuales los motores eléctricos
representan la gran mayoría de la carga instalada (es normal encontrar niveles por encima del
80 % de la potencia total instalada). Lo anterior hace muy complejo sustentar la viabilidad de
justificar un proyecto de compensación dinámica bajo el argumento de que su operación
redundará en ahorros de energía para el usuario. La promoción de la tecnología EQ bajo el
argumento de que constituye una solución de ahorro de energía no es viable y compromete
seriamente la credibilidad tanto del agente como de la marca ante el mercado.
La tecnología de compensación dinámica tiene múltiples ventajas plenamente demostrables en
lo concerniente a control de tensión, reducción de pérdidas en los sistemas de distribución,
mejora en la cargabilidad de transformadores, mejora en la cargabilidad de equipos de
generación local, control de armónicos, prevención de condiciones de resonancia paralela y
control de consumo de reactivos de la red externa, entre otros y, en esa medida, no tiene
sentido adelantar su promoción sobre un aspecto sobre el cual su efectividad es cuestionable.
Es más razonable en cambio plantear el pequeño ahorro que se puede lograr eventualmente
como un beneficio adicional a las múltiples ventajas que ofrece la tecnología.
El campo de aplicación en lo concerniente a ahorro de energía por aplicación de la técnica CVR
está restringido a sistemas de distribución y, en la medida en la que se empleen
progresivamente tecnologías que incorporen regulación de estado sólido, (caso de luces LED y
controles electrónicos asociados a electrodomésticos) los factores CVR tienden a ser menos
favorables para este tipo de estrategia.
En un análisis financiero de ahorro de energía en una planta no es suficiente tener en cuenta la
diferencia en kWh, antes y después de instalar equipos para reducción de tensión, también se
debe tener necesariamente en cuenta si al momento de tomar las medidas de consumo de
potencia estas estaban operando a la misma capacidad de producción. La práctica regular para
control de eficiencia energética en sistemas productivos es referir el consumo a las unidades
producidas para tener un referente energético por unidad.
Para operación bajo el esquema CVR, la tecnología de compensación dinámica podría ser
empleada en sistemas de distribución de redes residenciales para tener un control efectivo de
voltaje en aras de mantener la estabilidad del sistema de potencia (para prevenir potenciales
colapsos por tensión). Esto puede resultar llamativo para las compañías de transmisión y

INESSMAN LTDA
distribución para mejorar la confiabilidad de sus redes en horas de alta demanda o en
condiciones de restricción (por ejemplo racionamiento por baja en la capacidad de las fuentes de
generación de energía, o contingencias que afecten la capacidad de transporte). No obstante
para condiciones en las que no se halle comprometida la capacidad del sistema para operar de
manera adecuada y estable, el ahorro forzoso impuesto por el esquema de operación CVR
resulta ser contraproducente a las políticas comerciales de las compañías distribuidoras de
energía ya que impacta directamente en el potencial de facturación a sus usuarios (salvo que
haya limitaciones para atender la demanda, el interés de la compañía distribuidora es poder
facturar la mayor cantidad de energía posible a sus usuarios).
Para sistemas industriales con baja capacidad de cortocircuito (sistemas con alta impedancia) la
reducción en la tensión de consigna implica una reducción en el márgen de seguridad operativo
siendo más fácil alcanzar condiciones de bloqueo en motores de inducción localizados a
distancias considerables de los tableros de alimentación.
Considerando los resultados que presenta ELSPEC en cuanto a potenciales de ahorro de
energía en los reportes que retorna a partir de los registros entregados por sus agentes, es
altamente probable que el algoritmo de cálculo que ha venido empleando para el efecto se basa
en calcular la impedancia para cada conjunto de valores registrados y, a partir de dicho valor,
recalcular la potencia para el valor de tensión fijado como objetivo. El problema de este modelo
es que se está dejando de lado el hecho de que por esa vía se está asumiendo implícitamente
un comportamiento tensión corriente altamente lineal, cosa que es totalmente cuestionable
cuando la masa de la carga está constituida de manera predominante por motores eléctricos y/o
equipos de electrónica de potencia.
11. BIBLIOGRAFIA
[1] Documento CREG 032 de 2012, “Propuesta de regulación de la calidad de la potencia en el
sistema interconectado nacional”, 2012
[2] NRECA-DOE Smart GridDemonstration Project “Costs and Benefits of ConservationVoltage
ReductionCVRWarrantsCarefulExamination”,2013http://www.nreca.coop/wpcontent/uploads/201
4/01/NRECA_DOE_Costs_ Benefits_of_CVR_b.pdf
[3] William H. Kersting. "DistributionSystemModeling and Analysis". New MexicostateUniversity.
CRC Press ISBN 0-8493-0812-7
[4] PrabhaKundur, PowerSystemStability and Control.: McGraw-Hill Inc,1993.
[5] Greg Shirek, "EvaluatingConservationVoltageReductionwithWindmil," Milsoft Inc., 2011.
[6] Comisión De Integración Energética Regional. V Congreso CIER de la Energía 2017 “Energía
sostenible para todos en el entorno de una sociedad inteligente” Medellín, Colombia;28 de
noviembre de 2017
[7] Maquinas Eléctricas Quinta Edicion. Jesus Fraile Mora

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