UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE QUITO CARRERA: INGENIERÍA ELÉCTRICA Tesis previa a la obtención del título de: Ingeniero en Electricidad TEMA: “ESTUDIO DE EFICIENCIA Y CALIDAD EN ENERGÍA ELÉCTRICA DEL COMPLEJO TURÍSTICO CIUDAD MITAD DEL MUNDO” AUTOR: WILMER FABIÁN PAREDES TÚQUERES DIRECTOR: JUAN ALBERTO BUCHELI ÁVILA Quito, abril del 2014 Quito, abril del 2014 DECLARATORIA DE AUTORÍA: Yo, Wilmer Fabián Paredes Túqueres, autorizo a la Universidad Politécnica Salesiana la publicación total o parcial de este trabajo de grado y su reproducción sin fines de lucro. Además declaro que los conceptos y análisis desarrollados y las conclusiones del presente trabajo son de exclusiva responsabilidad del autor. Quito, 24 de Abril del 2014 ______________________________ Wilmer Fabián Paredes Túqueres CC: 171341303-5 AUTOR ii CERTIFICA: Yo, Juan Alberto Bucheli Ávila, certifico haber dirigido y revisado prolijamente cada uno de los capítulos técnicos y financieros del informe de la tesis, así como el funcionamiento del “Estudio de Eficiencia y Calidad en Energía Eléctrica del Complejo Turístico Ciudad Mitad del Mundo Quito y su aplicación Análisis Costo-Beneficio” realizada por el Sr. Wilmer Fabián Paredes Túqueres, previa a la obtención del título de Ingeniero Eléctrico en la Carrera de Ingeniería Eléctrica. Por cumplir los requisitos autoriza su presentación. Quito, 24 de Abril del 2014 ______________________________ Ing. Juan Alberto Bucheli Ávila DIRECTOR iii DEDICATORIA. Este proyecto es dedicado con mucho amor a mis padres, por haberme guiado en el camino correcto; a mis hermanos y a mi preciosa familia Anita, Liseth y Milena, que son la alegría, el propósito de continuar adelante. Wilmer Fabián Paredes Túqueres iv AGRADECIMIENTO. Agradezco a la Institución, Universidad Politécnica Salesiana, Campus Kennedy, que me ha permitido trabajar y estudiar, debido al horario que dispone; además a todo su Cuerpo Colegiado, Académico y Docentes, quienes han compartido sus conocimientos dentro del período de formación y del desarrollo de este trabajo como es el Ing. Juan Bucheli; en especial al docente de Ingeniería Mecánica y gran amigo Eco. Luis Pulgar, quien preocupado por el adecuado funcionamiento de las instalaciones del sistema eléctrico de la Empresa Pública de Turismo Ciudad Mitad del Mundo, motivó la realización de este estudio. v ÍNDICE GENERAL Pág. ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................... xi ÍNDICE DE TABLAS .......................................................................................... xvi ÍNDICE DE ANEXOS.......................................................................................... xxi INTRODUCCIÓN ...............................................................................................xxii CAPÍTULO I............................................................................................................ 1 SITUACIÓN DEL COMPLEJO TURÍSTICO CIUDAD MITAD DEL MUNDO ........................................................................................................... 1 1.1.- HISTORIA DEL COMPLEJO CIUDAD MITAD DEL MUNDO ................. 1 1.1.1.- Primera misión geodésica ............................................................................. 1 1.1.2.- Segunda misión geodésica ............................................................................ 2 1.1.3.- Monumento mitad del mundo ....................................................................... 3 1.1.4.- Complejo Turístico Ciudad Mitad del Mundo.............................................. 4 1.1.5.- Creación de la constitución como empresa turística Ciudad Mitad del Mundo. .............................................................................................................. 5 1.1.6.- Creación como Empresa Pública de Turismo Ciudad Mitad del Mundo ............................................................................................................... 6 1.1.7.- Ley y política del régimen en el sector eléctrico .......................................... 6 1.1.8.- Obligaciones y defensa del consumidor ....................................................... 7 1.2.- INVENTARIOS DE LA CARGA INSTALADA EN EL COMPLEJO TURÍSTICO CIUDAD MITAD DEL MUNDO .............................................. 7 1.2.1.- Representación matemática de la carga instalada del usuario con gran consumo (Usuario representativo) del Complejo Turístico Ciudad Mitad del Mundo ......................................................................................................... 8 1.2.2.- Mayor consumo (Usuario representativo) .................................................... 9 1.2.3.- Consumo General ....................................................................................... 14 1.2.4.- Menor consumo .......................................................................................... 16 1.3.- CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS ELEMENTOS ENCONTRADOS EN EL COMPLEJO TURÍSTICO CIUDAD MITAD vi DEL MUNDO ................................................................................................. 19 1.4.- DIAGRAMAS ELÉCTRICOS DEL COMPLEJO TURÍSTICO CIUDAD MITAD DEL MUNDO .................................................................. 21 CAPÍTULO II ........................................................................................................ 25 ESTUDIO TÉCNICO DEL SISTEMA ELÉCTRICO EN EL COMPLEJO TURÍSTICO CIUDAD MITAD DEL MUNDO ............................................ 25 2.1.- ANÁLISIS DEL SISTEMA ELÉCTRICO ................................................... 25 2.1.1.- Ecuaciones de calidad del producto ............................................................ 26 2.1.1.1.- Variación del nivel de voltaje .................................................................. 26 2.1.1.2.- Perturbaciones de voltaje (Flicker) .......................................................... 27 2.1.1.3.- Perturbaciones de voltaje (Armónicos) ................................................... 27 2.1.1.4.- Factor de Potencia. ................................................................................... 28 2.1.2.- Equipo de medición de valores de calidad del producto ............................ 30 2.1.3.- Calidad de producto .................................................................................... 31 2.1.3.1.- Nivel de Voltaje ....................................................................................... 32 2.1.3.2.- Perturbaciones de Voltajes ...................................................................... 33 2.1.3.3.- Deducción Factor de potencia. ................................................................ 41 2.1.3.4.- Tabla de resultados obtenido antes del mantenimiento ........................... 51 2.1.3.5.- Calidad del Servicio Técnico ................................................................... 52 2.1.3.6.- Calidad del Servicio Comercial ............................................................... 53 2.2.- LA AUDITORIA ENERGÉTICA ................................................................. 55 2.2.1.- Definición de Auditoría de Calidad Energética. ......................................... 55 2.2.2.- Variación del nivel de voltaje ..................................................................... 56 2.2.3.- Parpadeo o flicker ....................................................................................... 57 2.2.4.- Armónicos................................................................................................... 57 2.2.5.- Factor de potencia. ...................................................................................... 58 2.2.6.- Análisis técnico del sistema eléctrico ......................................................... 60 2.3.- MEDICIÓN DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA ............................... 69 2.3.1.- Medición de la resistencia de disipación .................................................... 69 2.4.- ANÁLISIS DE LA EFICIENCIA EN ENERGÍA ELÉCTRICA ................. 71 vii CAPÍTULO III ....................................................................................................... 74 ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO DEL COMPLEJO TURÍSTICO .............................................................................. 74 3.1.- MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y PARARRAYOS .............................................................................................. 74 3.1.1.- Determinación de los parámetros ............................................................... 76 3.1.2.- Medición de la resistividad aparente del terreno ........................................ 76 3.1.3.- Diseño de toma de tierra ............................................................................. 77 3.1.4.- Puesta a tierra en redes de distribución mediante malla ............................. 78 3.1.5.- Puesta a tierra en postes de redes de distribución mediante pica ............... 82 3.1.6.- Conexión a tierra los equipos eléctricos. .................................................... 83 3.1.7.- Toma corrientes polarizado (con tierra) ..................................................... 84 3.1.8.-Sistema de puesta a tierra de protección atmosférica (PARARRAYOS) ........................................................................................... 85 3.2.- DISEÑO DE DISTRIBUCIÓN DE LAS CARGAS ..................................... 87 3.3.- EFICIENCIA ENERGÉTICA DEL COMPLEJO TURÍSTICO ................... 88 3.3.1.- Eficiencia y ahorro