MANTENIMIENTO DE MOTORES ELÉCTRICOS CODIGO: E46537
TALLER N° 12 CÁLCULO DEL AHORRO DE ENERGÍA DE UN MOTOR EFICIENTE.
“
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Lalesxka Benavente Maurizzio Rivarola
A lumno (os ):
Benjamin Lanchipa Alexandra Huaynacho Edwin Camargo
Grupo S emestre emes tre Fecha Fec ha de entreg entreg a
:
D
:
V
:
Profesor: D i mas Zeg Zeg ar r a Tej Tej ada
Hora:
Nota:
MANTENIMIENTO DE MOTORES ELÉCTRICOS Tema :
CÁLCULO DEL AHORRO DE ENERGÍA DE UN MOTOR EFICIENTE
Nota:
I.
Apellidos y Nombres:
Nro. DD-106 Página 2/12 Código : Semestre: Grupo : Lab. Nº :
OBJETIVOS: Realiza pruebas y cálculos para determinar el ahorro económico de usar un motor de alta eficiencia.
II.
EQUIPOS Y MATERIALES: Motor de alata eficiencia trifásico. Medior multifunción. PC
III.
FUNDAMENTO TEÓRICO: OPORTUNIDADES DE A HORR O ENERG ÉTICO EN MOTORES ELÉ CTRICOS Los equipos más utilizados en la industria para proporcionar fuerza motriz son los motores eléctricos trifásicos asíncronos, más conocidos como m otores de Jaula de Ardilla, por la forma de su rotor. La participación de los motores eléctricos en el consumo de energía del país es significativa. Tener en cuenta que: Los motores constituyen entre el 50 al 70% de la demanda industrial por energía eléctrica. Se estima que existen oportunidades de ahorro en el 50% de las aplicaciones industriales. La mayor parte de los motores trabajan entre el 50 y 80% de su capacidad nominal.
14% 35% 18%
33%
Bombas centrifugas
Ventiladorescentrifugos
Transpor te de material y proces o
B ombas de desplazamiento positi vo
Figura 1 Distribución de los motores por aplicaciones.
Fuente: Departamento de Energía DOE – USA
En el diseño de los motores eléctricos se tiene en consideración lo siguiente:
Pérdidas en los motores eléctricos. Enfriamiento de los motores eléctricos.
Los tipos de pérdidas en un motor de inducción pueden ser subdivididas en:
Pérdidas en los devanados o pérdidas en el cobre (Joule = I2R). Pérdidas en el hierro o pérdidas en vacío. Pérdidas mecánicas referidas a la fricción en los apoyos y potencia para la ventilación.
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Pérdidas suplementarias debido a una distribución no uniforme de la corriente en los devanados y pérdidas adicionales en el hierro (Histéresis y corrientes Eddy).
El motor presenta pérdidas fijas para cualquier carga, como las pérdidas del hierro o aquellas debido a la ventilación y a la fricción. Además, existen las pérdidas que varían con la carga del motor eléctrico, como son las pérdidas del cobre, que crece con el cuadrado de la corriente de carga. De esta manera, con una carga de trabajo muy por debajo a su potencia nominal, el rendimiento del motor es bajo. Sin embargo, al incrementar la carga de trabajo en el motor se observa un incremento en el rendimiento. EVALUACIÓN ECONÓMICA Para evaluar el potencial de economía que se obtiene por el uso de motores eléctricos de alta eficiencia se calcula el ahorro potencial de demanda (ΔP), donde se obtiene:
P Pe .FC .(
1
c
1
)
e
Donde: Pe : Potencia consumida por el motor, en kW FC : Factor de carga del motor c : Rendimiento del motor convencional e : Rendimiento del motor de alta eficiencia El ahorro potencial de energía (ΔE ) se obtiene de la siguiente fórmula:
Δ = Δ ×
Donde: ΔP
t
: Ahorro de la potencia por cambio de motor, en kW : Tiempo de operación del motor, en horas-año
Finalmente, para determinar los costos ahorrados (ΔC) por la sustitución de motores de alta
eficiencia en lugar de los motores convencionales se aplica la siguiente expresión:
ΔC = Δ × + ∆ Donde: ΔP C DM ΔE C EA
: Costo ahorrado por potencia, en kW : Costo unitario de la máxima demanda, en US $/kW : Costo ahorrado por energía, en kWh : Costo unitario de la energía activa, en US $/kWh
SELECCIÓN DE MOTORES ELÉCTRICOS CONSIDERANDO SU CARGA El rendimiento de un motor y el factor de potencia disminuyen cuando el motor trabaja cargado por debajo del 50% de su potencia nominal. La relación de la eficiencia y el factor de carga de un motor lo apreciamos en la Figura 2.
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Figura 2: Relacion de eficiencia y factor de carga de un motor.
La eficiencia (0) del motor eléctrico se puede calcular del producto entre la eficiencia máxima (máx), y el coeficiente de carga (K), que depende de la carga promedio que tiene el motor, Es decir: 0 K .máx. El sobredimensionamiento de un motor origina:
Desperdicio de energía por un aumento de las pérdidas. Aumento de la potencia solicitada. Reducción del factor de potencia de la instalación eléctrica de la industria. Mayores pérdidas en las redes de distribución de energía y en los transformadores. La escasez de información disponible y la dificultad para definir la potencia solicitada al motor es la causa del sobredimensionamiento.
Figura 3: Sobredimensionamiento de un motor por diferentes factores. Un motor de inducción trifásico de 4 polos, tiene los siguientes datos:
P. nominal P. solicitada
= =
20 kW 6 kW (régimen permanente)
Determinar la pérdida de potencia en el motor eléctrico. Solución:
De la Figura 2 se obtiene el rendimiento máximo máx. = 0,88
El factor de carga de motor es:
FC
Pu 6 0,30 Pn 20
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Con el factor de carga obtenemos de la Figura 2 el coeficiente de carga K = 0,77. El rendimiento para esta condición de carga será: 0
K .máx. 0,77 .0,88 0,6776 67,76 0 0
La potencia eléctrica de accionamiento solicitada a la red será de:
Pa
Pu
0
6
8,86
0,6776
Las pérdidas en el motor para esta condición de carga será:
Ppérdidas Pa Pu 8,86
6
2,86
kW
Se puede deducir que el 32,28% de la potencia de accionamiento es pérdida, o también que el 47,67% de la potencia solicitada se desperdicia.
Ejemplo 1
Comparar los cos tos de las pérdidas ocas ionado por una carg a de 15 kW que es acci onado por motores de 15, 20 y 50 kW. Los motores s on de dos polos y trabajan en 220 V. Los motores pres entan las cur vas de r endimiento que s e mues tra en la Fig ura 2. Los motores trabajan 4380 horas durante todo el año.
Parámetro Potencia nominal (P n) Potencia útil (P u) Tensión (U n) Factor de carga (FC) Coeficiente de carga (K) Rendimiento máximo Rendimiento Potencia solicitada 15/0.68 Pérdidas (P pérdid)as Tiempo de trabajo Costo de la energía Pérdidas
Unidad
Motor No. 1
Motor No. 2 Motor No. 3
kW kW V. % --% % kW kW horas/año US $/kWh
50 15 220 30,00% 0,77 89,00% 68,53% 21,89 6,89 4380 0,06
20 15 15 15 220 220 75,00% 100,00% 1,00 0,94 87,00% 86,00% 87,00% 80,84% 17,24 18,56 2,24 3,56 4380 4380 0,06 0,06
US $/año
1.810,23
589,03
934,30
Tabla N° 1 Comparación de motores 4.- SELECCIÓN DE MOTORES DE ALTA EFICIENCIA Para seleccionar los motores de alta eficiencia, se debe tomar en cuenta las curvas características del fabricante y compararlo con los motores similares convencionales. Es importante considerar la fuerza de inercia en el arranque del motor. En la Figura 4 se aprecian las curvas características de un motor convencional y en la Figura 5 se aprecia las curvas características de un motor de alta eficiencia.
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Figura 4: Curva característica de un motor eléctrico convencional
Figura 5: Curvas características de un motor eléctrico de alta eficiencia.
En la Tabla 2 se aprecia una comparación de los principales parámetros en los motores convencionales y de alta eficiencia. Tipo de motor tem de comparación Rendimiento Factor de potencia Factor de servicio Corriente de arranque Torque de arranque Torque máximo
otor eléctrico estándar 50 75 100 89,5 91 91,7 0,74 0,82 0,85 1,15 634 / 317 A 260 % 250 %
Motor eléctrico de alta eficiencia 50 75 100 93 94,1 94,1 0,75 0,82 0,84 1,25 583 / 291 A 230 % 230 %
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METODOLOGÍA PARA EL DESARROLLO DE LA TAREA:
I.
La tarea se realizará en equipo y el desarrollo deberá ser de la siguiente manera: Nr.
Etapa
1
Información
2
Organización y distribución de tareas
3
4
Ejecución de la tarea, y observación del desempeño Realización del informe y de la Auto evaluación del trabajo realizado y del logro de los objetivos previstos.
Recomendaciones para la ejecución Observaciones Todos los integrantes deben informarse por igual Intercambiar opiniones y si existe sobre la tarea alguna duda consultar con el profesor Los encargados pueden ser: Responsable del equipo Observador del desempeño Informar al profesor para el inicio de Responsable del informe y la auto evaluación. la tarea y para las recomendaciones de tiempo. Responsable de disciplina y seguridad El grupo decidirá la tarea central de cada integrante y planificará el tiempo de ejecución. Realizar las anotaciones Realización de la tarea de acuerdo a las correspondientes por el responsable instrucciones y del observador del desempeño. del informe y debe entregarse terminada la tarea. Ordenar las herramientas y el Realizar el informe por los participantes y la equipo. Auto evaluación por el grupo, de los resultados del Presentar el trabajo, el informe y la trabajo. auto evaluación al profesor.
ANÁLISIS DE TRABAJO SEGURO:
II.
Analizar los pasos de la actividad a realizar y llenar el formato siguiente:
El formato deberá ser visado por el profesor antes de iniciar la actividad.
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PROCEDIMIENTO 1.
Identificar las características del motor de eficiencia standard de la sesión anterior tomando Datos de Placa. Completar el siguiente cuadro en función de los datos de placa del motor respectiv o
2.
Poner en marcha el sistema siguiendo el siguiente procedimiento:
Darle un breve pulso de arranque para verificar que no haya ningún problema. Si no hay ningún problema, volver arrancar el sistema y medir los siguientes parámetros:
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3.
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Con ayuda de software Motor Master y con los valores obtenidos determinar el remplazo por un motor de alta eficiencia y determinar el ahorro de energía con respecto al motor convencional.
Guía de Taller COMPARACION DE UN MOTOR ESTANDAR CON UN MOTOR DE ALTA EFICIENCIA DATOS DE UN MOTOR ESTANDAR Unid
Potencia Nominal Potencia Util Rendimiento max Factor de Carga Coeficiente de Carga
Motor 1
Kw
9.325
kW
7.4
%
0.9
%
0.78 0.78
CALCULO DEL RENDIMIENTO DE CARGA: = ∗
= .
∗
. = .
CALCULO DE LAS POTENCIAS: =
. .
=
= .
. .
= .
∆ = .
CT=6240*0.2339*2.319 CT= S/ 3384.6 DATOS DE UN MOTOR DE ALTA EFICIENCIA Motor 1
Unid
Potencia Nominal Potencia Util Rendimiento max Factor de Carga Coeficiente de Carga
Kw
9.325
kW
7.4
%
0.93
%
0.79 0.79
CALCULO DEL RENDIMIENTO DE CARGA: = ∗
= .
∗
. = .
CALCULO DE LAS POTENCIAS: =
. .
=
. .
= . = .
∆ = .
CT=6240*0.2339*2.116 CT= S/ 3088.37
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Guía de Taller COMPRACION DE PRECIOS Y EL AHORRO MOTOR ESTANDAR MOTOR DE ALTA EFICIENCIA S/ 3384.6 S/ 3088.37
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AHORRO S/ 296.22
El ahorro en soles de la potencia eléctrica anual no es mucho, pero si se saca en periodos largos se puede tener un gran ahorro, usando un motor de alta eficiencia. IV.
OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES ACERCA DEL ESTADO DEL MOTOR. (utilice los datos de los ensayos y practicas realizadas en el taller)
OBSERVACIONES
Se debe tomar los datos exactos de la placa del motor para com parar los datos exactos con otros motores más eficientes. Es importante tomar en cuenta las curvas características del fabricante del m otor trifásico. Se debe comparar con los motores similares convencionales. Es importante considerar la fuerza de inercia en el arranque del motor con los que vamos a comparar. La relación de la eficiencia y el factor de carga de un motor lo podemos apreciar por unos puntos en una tabla. Los motores trifásicos asíncronos son los más utilizados en la industria. En un motor siempre existen perdidas. El motor presenta perdidas fijas para cualquier tipo de carga. El rendimiento de un motor disminuye cunado el motor trabaja debajo del 50% de su potencia nominal.
El motor producía ruido en su funcionamiento, esto podría ser por el tiempo de uso que tiene el motor. La faja del motor no estaba bien tensada y esto hacia que se produzca un deslizamiento de la faja con la polea. La variación de precios de un estándar con un motor de alta eficiencia no es tanta, esto debido a que solo se evaluó en un año. Los precios también varia por la opción tarifaria que se escoge como también si es HP o HFP. Usar un motor de alta eficiencia no siempre es la mejor opción, tiene que haber varios factores los que determinen el cambio de motor.
CONCLUSIONES
Se logró realizar los cálculos de eficiencia de un motor trifásico. Se analizó los datos característicos del motor trifásico. Se logró realizar el diagrama de conexión interna del motor. Se logró realizar pruebas y cálculos para determinar el ahorro económico de usar un motor de alta eficiencia. Se analizó y se seleccionó el motor eléctrico considerando su carga
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Para seleccionar el motor adecuado de alta eficiencia, se debe comparar las curvas características del fabricante y comprobarlas con los motores similares convencionales. Para determinar que motor es el que nos conviene se debe saber cuánto es el costo de cada uno y no en pérdidas de potencia. Es necesario saber con qué tipo de tarifa cuenta la empresa para saber si es necesario remplazar el motor.
Se determino la eficiencia de un motor estándar con un motor de alta eficiencia Se logro verificar la diferencia que existe al usar un motor estándar y un motor de alta eficiencia. Se determino la diferencia de potencia que existe en un motor estándar y un motor de alta eficiencia. Se identifico los principales factores por los cuales se debe de realizar en cambio de un motor estándar. Se pudo realizar las pruebas correspondientes, los cuales sirvieron para determinar la eficiencia y el ahorro.
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Guía de Taller ASIGNACIÓN DE RESPONSABILIDADES El grupo decidirá la tarea central de cada integrante y planificará el tiempo de ejecución. Informar al profesor para el inicio de la tarea y para las recomendaciones de tiempo. NOMBRE DEL ALUMNO
RESPONSABILIDADES ASIGNADAS DENTRO DEL GRUPO
Lalesxka Benavente Maurizzio Rivarola Benjamin Lanchipa Alexandra Huaynacho Edwin Camargo
RESPONSABLE DE EQUIPO OBSERVADOR DE DESEMPEÑO RESPONSABLE DE DISCIPLINA Y SEGURIDAD RESPONSABLE DE TOMA DE DATOS, INFORME Y AUTOEVALUACIÓN RESPONSABLE DE TOMA DE DATOS, INFORME Y AUTOEVALUACIÓN
AUTOEVALUACIÓN DEL TRABAJO DEL EQUIPO La autoevaluación permite desarrollar una opinión crítica sobre el desempeño de cada integrante y del equipo .Realizar la evaluación entre los integrantes con objetividad y seriedad. El profesor observará críticamente las opiniones y lo contrastará con el desempeño real.
Marcar con un aspa según lo solicitado en la escala de 1 a 4 1
2
3
4
S E E
L E S
E A
R A N
R O I
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A
R E
A
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J
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INTEGRANTE DEL GRUPO
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