Ingeniería Eléctrica · 2025
DISEÑO DE UNA SOLUCIÓN DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Y COMPENSACIÓN DE ENERGÍA REACTIVA BASADA EN FILTROS ARMONICOS ACTIVOS (APF) PARA DIFERENTES SEDES DE UN USUARIO FINAL DE CARÁCTER INSTITUCIONAL
Este proyecto surge como respuesta a una problemática energética identificada en el sistema eléctrico de tres sedes de la institución educativa UIS que, con el paso del tiempo, ha experimentado un crecimiento significativo en su infraestructura y en la incorporación de tecnologías. Este desarrollo ha traído consigo un aumento en la presencia de cargas altamente inductivas —como sistemas de climatización, equipos de cómputo, iluminación electrónica y dispositivos de laboratorio— que han afectado directamente la calidad del suministro eléctrico. Como consecuencia, se ha registrado un consumo de energía reactiva inductiva con oportunidad de penalizaciones económicas recurrentes por el transporte de energía no productiva. Frente a este panorama, el proyecto propone el diseño de una solución integral de eficiencia energética y compensación de energía reactiva, basada en el uso de Filtros Armónicos Activos (APF). Esta solución se apoya en el análisis detallado de matrices energéticas históricas, con el fin de caracterizar y predecir el comportamiento eléctrico de cada sede y evaluar la viabilidad técnica y económica de su implementación. El objetivo es mejorar la calidad del suministro eléctrico, reducir la cargabilidad de los transformadores, reducir las pérdidas por energía reactiva y eliminar o mitigar las penalizaciones económicas. Todo esto con el propósito de lograr una operación institucional más eficiente, sostenible y alineada con los lineamientos regulatorios vigentes.
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Contenido
- Introducciónp. 14
- 1. Objetivosp. 15
- 1.1 Objetivos Generalp. 15
- 1.2 Objetivos Específicosp. 16
- 2. Diagnóstico de la situaciónp. 16
- 2.1 Descripción general edificio de biblioteca, sede Barrancabermejap. 18
- 2.1.1 Análisis anual de consumos energéticos, edificio de bibliotecap. 18
- 2.1.2 Análisis mensual de consumos energéticos, edificio de bibliotecap. 19
- 2.1.3 Análisis diario de consumos energéticos, edificio de bibliotecap. 20
- 2.1.4 Análisis mapas de calor de consumos energéticos, edificio de bibliotecap. 23
- 2.2 Pronóstico edificio de biblioteca, sede Barrancabermejap. 24
- 2.2.1 Pronóstico de consumos de energía activa e inductiva, edificio de bibliotecap. 24
- bibliotecap. 10
- 2.3 Control del diagnóstico edificio de biblioteca, sede Barrancabermejap. 26
- 2.3.1 Alternativa filtro activo armónico, edificio de bibliotecap. 26
- 2.3.2 Alternativa banco de condensadores, edificio de bibliotecap. 28
- 2.3.3 Alternativa compensación en carga, edificio de bibliotecap. 30
- 2.4 Análisis de alternativas edificio de biblioteca, sede Barrancabermejap. 31
- 2.5 Prescripción de la solución tipo APF, edificio de bibliotecap. 33
- 2.6 Análisis plan de inversión de la solución tipo APF, edificio de bibliotecap. 33
- 2.7 Análisis del impacto de la solución tipo APF en cargabilidad, edificio de bibliotecap. 34
- 3. Edificio de aulas, sede Barrancabermejap. 35
- 3.1 Descripción general edificio de aulas, sede Barrancabermejap. 35
- 3.1.1 Análisis anual de consumos energéticos, edificio de aulasp. 35
- 3.1.2 Análisis mensual de consumos energéticos, edificio de aulasp. 36
- 3.1.3 Análisis diario de consumos energéticos, edificio de aulasp. 37
- 3.1.4 Análisis de mapas de calor de los consumos energéticos, edificio de aulasp. 38
- 3.2 Pronóstico edificio de aulas, sede Barrancabermejap. 40
- 3.2.1 Pronóstico de consumos de energía activa e inductiva, edificio de aulasp. 40
- 3.2.2 Pronóstico de penalizaciones económicas por inductiva penalizada, edificio de aulasp. 41
- 3.3 Control del diagnóstico edificio aulas, sede Barrancabermejap. 41
- 3.3.1 Alternativa filtro activo armónico APF, edificio de aulasp. 42
- 3.3.2 Alternativa banco de condensadores, edificio de aulasp. 43
- 3.3.3 Alternativa compensación en carga, edificio de aulasp. 44
- 3.4 Análisis de alternativas edificio de biblioteca, sede Barrancabermejap. 31
- 3.5 Prescripción de la solución banco de condensadores, edificio de aulasp. 46
- 3.6 Análisis plan de inversión de la solución APF, edificio de aulasp. 46
- 3.7 Análisis del impacto de la solución banco de condensadores, edificio de aulasp. 47
- 4. Edificio de coliseo, sede Bucaramangap. 48
- 4.1 Descripción general edificio de coliseo, sede Bucaramangap. 48
- 4.1.1 Análisis anual de consumos energéticos, edificio de coliseop. 48
- 4.1.2 Análisis mensual de consumos energéticos, edificio de coliseop. 49
- 4.1.3 Análisis diario de consumos energéticos, edificio de coliseop. 50
- 4.1.4 Análisis mapas de calor de consumos energéticos, edificio de coliseop. 51
- 4.2 Pronóstico edificio de coliseo, sede Bucaramangap. 52
- 4.2.1 Pronóstico de consumos de energía activa e inductiva, edificio de coliseop. 52
- 4.2.2 Pronóstico penalizaciones económicas por capacitiva penalizada, edificio de coliseop. 53
- 4.3 Control del diagnóstico edificio coliseo, sede Bucaramangap. 54
- 4.3.1 Alternativa filtro activo armónico APF, edificio de coliseop. 54
- 4.4 Prescripción de la solución APF, sede coliseop. 56
- 4.5 Análisis plan de inversión de la solución APF, sede coliseop. 56
- 4.6 Análisis del impacto de la solución APF, edificio de coliseop. 58
- 5. Recomendacionesp. 59
- 6. Conclusionesp. 59
- Referencias Bibliográficasp. 61
- TABLA 1. Resumen de fronteras comerciales analizadasp. 18
- TABLA 2. Resumen anual edificio de biblioteca, sede Barrancabermejap. 19
- TABLA 3. Resumen 2024 edificio de biblioteca, sede Barrancabermejap. 19
- TABLA 4. Resumen 2025 edificio de biblioteca, sede Barrancabermejap. 20
- TABLA 5. Caracterización de cargas edificio de biblioteca, sede Barrancabermejap. 27
- TABLA 6. Análisis de escenarios de contaminación armónica, biblioteca Barrancabermejap. 28
- TABLA 7. Modelos propuestos bancos de condensadores, edificio de biblioteca…………………………p. 27
- TABLA 8. Modelos propuestos etapa fija, edificio de biblioteca Barrancabermejap. 30
- TABLA 9. Alternativas de solución, edificio de bibliotecap. 32
- TABLA 10. Características técnicas APFp. 33
- TABLA 11. Costo de inversión inicial (CAPEX) solución tipo APF, sede Barrancabermejap. 34
- TABLA 12. Análisis inversión solución tipo APF, sede Barrancabermejap. 34
- TABLA 13. Resumen anual edificio de aulas, sede Barrancabermejap. 36
- TABLA 14. Resumen 2024 edificio de aulas, sede Barrancaberjemap. 35
- TABLA 16. Análisis de escenarios de contaminación armónica, biblioteca Barrancabermejap. 43
- TABLA 17. Modelos propuestos bancos de condensadores, edificio de Bibliotecap. 43
- TABLA 18. Modelos propuestos etapa fija, edificio de bibliotecap. 44
- TABLA 19. Alternativas de solución, edificio de aulasp. 45
- TABLA 20. Características técnicas del banco de condensadoresp. 46
- TABLA 21. Costo de inversión inicial (CAPEX) banco de condensadores, edificio de aulasp. 46
- TABLA 22. Análisis inversión solución banco de condensadores, edificio de aulasp. 47
- TABLA 23. Resumen anual edificio de coliseo, sede Bucaramangap. 49
- TABLA 24. Resumen 2025 edificio de coliseo, sede Bucaramangap. 49
- TABLA 27. Características técnicas APFp. 56
- TABLA 28. Costo de inversión inicial (CAPEX) solución APF, edificio coliseop. 57
- TABLA 29. Análisis inversión solución APF, sede coliseop. 57
- FIGURA 1. Reporte consumo 20 de abril de 2024 edificio de biblioteca, sede Barrancabermejap. 21
- FIGURA 2. Reporte consumo mayo de 2025 edificio de biblioteca, sede Barrancabermejap. 22
- FIGURA 3. Reporte consumo mayo 1 de 2025 edificio de biblioteca, sede Barrancabermejap. 22
- bibliotecap. 10
- edificio de biblioteca, sede Barrancabermejap. 23
- FIGURA 6. Pronostico del consumo de energía activa 2025, edificio de bibliotecap. 25
- FIGURA 7. Pronostico del consumo de energía reactiva inductiva 2025, edificio de bibliotecap. 25
- figura 8. pronóstico 2025 penalizaciones económicas por inductiva penalizada, edificio de bibliotecap. 26
- bibliotecap. 10
- FIGURA 10. Mapa de calor inductiva penalizada con alternativa a5, edificio de bibliotecap. 29
- FIGURA 11. Mapa de calor registros capacitivos con alternativa a5, edificio de bibliotecap. 29
- FIGURA 12. Mapa de calor inductiva penalizada con alternativa a4, edificio de bibliotecap. 30
- FIGURA 13. Mapa de calor registros capacitivos con alternativa a4, edificio de bibliotecap. 31
- FIGURA 14. Análisis de cargabilidad, edificio de bibliotecap. 35
- FIGURA 15. Reporte de consumo durante diciembre de 2024 edificio de aulas, sede Barrancabermejap. 37
- FIGURA 16. Reporte consumo diciembre 20 de 2024 edificio de aulas, sede Barrancabermejap. 38
- FIGURA 17. Mapa de calor consumo de energía activa diciembre de 2024 edificio de aulas,p. 38
- aulas, sede Barrancabermejap. 38
- FIGURA 19. Pronostico consumo de energía activa 2025, edificio de aulasp. 40
- FIGURA 20. Pronostico consumo de energía reactiva 2025, edificio de aulasp. 41
- FIGURA 21. Pronóstico 2025 penalizaciones económicas por inductiva penalizada, edificio de aulasp. 41
- FIGURA 22. Mapa de calor corriente inductiva penalizada diciembre 2024, edificio de aulasp. 42
- FIGURA 23. Análisis de cargabilidad, edificio de aulasp. 48
- FIGURA 24. Reporte consumo enero de 2025 edificio de coliseo, sede Bucaramangap. 50
- FIGURA 25. Reporte consumo enero 1 de 2025 edificio de coliseo, sede Bucaramangap. 50
- FIGURA 26. Mapa de calor consumo de energía activa enero de 2025 edificio de coliseop. 51
- FIGURA 27. Mapa de calor consumo de energía capacitiva penalizada enero de 2025 edificio de coliseop. 51
- FIGURA 28. Pronostico consumo de energía activa 2025, edificio de coliseop. 53
- FIGURA 29. Pronostico consumo de energía reactiva 2025, edificio de coliseop. 53
- FIGURA 30. Pronóstico 2025 penalizaciones económicas por inductiva penalizada, edificio de aulasp. 54
- FIGURA 31. Mapa de calor corriente capacitiva penalizada enero 2025, edificio de coliseop. 55
- FIGURA 32. Análisis de cargabilidad, edificio de coliseop. 58