IV TALLER NACIONAL “PROMOVIENDO UN SECTOR PÚBLICO ENERGÉTICAMENTE EFICIENTE: ACCIONES LOCALES QUE MUEVEN AL PAÍS”
Motores Ing. Javier Ortega Solís
EN 1990 SE CREA EL FIDE COMO UN MECANISMO CAPAZ DE: 9
CONJUNTAR ESFUERZOS
CONVENCER DE LA IMPORTANCIA Y BENEFICIOS DEL AHORRO DE ENERGIA 9
9INVOLUCRAR
A LOS PRINCIPALES SECTORES CONSUMIDORES 9CONCERTAR
LA PARTICIPACION DE LOS AGENTES INVOLUCRADOS
Origen y Organización del FIDE FIDE organismo privado no lucrativo
concamin
CNEC
Participan importantes consumidores de energía eléctrica (CEMEX, Grupo CARSO, Villacero, Industrial Minera México y Grupo DESC)
INDUSTRIAL MINERA MEXICO
MOTORES DE ALTA EFICIENCIA Motor: Es una maquina rotatoria que convierte energía eléctrica en energía mecánica. Motor Estándar: Se define como un equipo con eficiencia menor a la establecida en la normatividad vigente (NOM-016-ENER-2002) Motor de Alta Eficiencia: Se define como un equipo con eficiencia igual o mayor a la establecida en la normatividad vigente (NOM-016-ENER-2002) Se considera que los motores eléctricos son el elemento motriz de la industria. Considerando que consumen alrededor del 60 al 70% del gasto de energía eléctrica de una planta planta INDUSTRIAL. En México se comercializan más de 100,000 unidades por año en su rango más común de aplicación industrial que va desde 1 HP hasta 500 HP, convirtiéndose en un gran consumidor de energía eléctrica
EVOLUCIÓN DE LA EFICIENCIA DE MOTORES TRIFASICOS EFICIENCIA (%) 4/
92 90.5
3/
90 89.5 89 88.5
2/
88 87.5 87
1/
86.5 1992-1993
Fuentes: 1/
1994-1996 1997-2003 PERIODO
Estudio del Instituto de Investigaciones Eléctricas para establecer el Sello FIDE en motores, con información proporcionada por CANAME 2/ NOM-074-SCFI-1994 Motores estándar 3/ NOM-016-ENER-2002 Motores de Alta Eficiencia. 4/ NEMA PREMIUM
2003
MEJORAMIENTO DE EFICIENCIAS %
99 94
1992 MOTORES ESTÁNDAR 1994 (NOM–016–ENER–2002) SELLO FIDE NEMA PREMIUM
89 84
Capacidad
Incremento de Eficiencias
HP
Puntos porcentuales
1a5
8.1
7.5 a 25
5.4
30 a 50
3.2
60 a 125
2.5
150 a 200
1.8
79 74 69 1 1.5 2 3
5 7.5 10 15 20 25 30 40 50 60 75 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500
Constitución de un motor trifásico de alta eficiencia
Acero al Silicio
Embobinado de cobre de alta calidad
Armazón de Fierro Ventilador
Ventilador
Entrehierro mas estrecho Baleros anti-friccion
Mas Cobre
Mayor area de laminación
Principales Destinos de la Energía Eléctrica por Sector y Tecnología ENERGÍA ELÉCTRICA
100%
INDUSTRIAL
61%
4% 36%
DOMÉSTICO
23%
6% 3% 6%
7%
COMERCIAL Y SERVICIOS
MUNICIPAL
4%
7%
3%
3% 1%
AGRÍCOLA
5%
5%
2%
2%
6% 10% ILUMINACIÓN
16%
MOTORES
45%
OTRAS CARGAS: 6%
REFRIGERACIÓN
15%
AIRE ACONDICIONADO
8%
AIRE COMPRIMIDO
10%
RESPUESTA DEL MERCADO POR EL PROYECTO DE INCENTIVOS PARA MOTORES DE ALTA EFICIENCIA 100% 90%
PENETRACIÓN DEL
80%
MERCADO EN %
100%
70% 60% 50% 40% 30% 20%
Menos 3%
10% 0% 1998
1999
2000
2001
2002
Años. ACTUALMENTE SE ESTIMA QUE LA COMERCIALIZACION DE MOTORES DE ALTA EFICIENCIA, CUBRE CASI EL 100% DEL MERCADO
2003
El proyecto ha permitido superar ampliamente la meta planteada que consistía en pasar de menos de un 3% de penetración de motores eléctricos de alta eficiencia al inicio del proyecto, al 30% en un lapso de 5 años.
BENEFICIOS OBTENIDOS Comercialización de 211,246 motores de alta eficiencia
Ahorros por 159.7 MW en demanda 2,135 GWh /año en consumo Se evito inversiones por 1,025 millones de pesos
CO2 SO2
Se dejo de emitir 2.4 millones de toneladas de contaminantes al año
Se evito quemar 3.7 millones de barriles de petróleo por año
NOX
Partículas
RESULTADOS IMPORTANTES Con motivo del desarrollo del proyecto de incentivos en forma conjunta con la CONAE, se promovió promovió la actualización de la NOM-016-ENER-02, autorizándose la NOM en el 2002 y se publicó en el Diario Oficial de la Federación el 13 de enero del 2003, entrando en vigor el 13 de marzo del 2003 en marzo del presente año,
Esta norma contempló lo siguiente : ¾ ¾ ¾
Eliminación de las eficiencias especificadas para motores de eficiencia estándar Se Incluyo a los motores verticales Se Amplió el alcance de la Norma para cubrir hasta 500 HP
Se consolida la permanencia de los equipos eficientes en el mercado Mexicano comercializándose solo Motores Eléctricos trifásicos de Inducción tipo jaula de ardilla en los rangos de 1 a 500 HP, igualando los niveles de eficiencia establecidos en NEMA MG-1 1993 de Estados Unidos.
Experiencias Internacionales ESTADOS UNIDOS
CANADÁ
CARACTERÍSTICAS
CARACTERÍSTICAS
• Incremento en la penetración del mercado • Incremento en la penetración del
de motores de alta eficiencia, del 2 al 20%. • Falta de coordinación en los programas desarrollados por las compañías generadoras. • Bajo impacto en la sustitución de equipos viejos. • Desarrollo del Programa Motor Challenge. • Entrada en vigor de la norma NEMA de Alta Eficiencia en noviembre de 1997.
Nuevos proyectos: • Desarrollo de programas de incentivos
en el 2002 por algunas compañías generadoras • En el 2003 se emitieron nuevas eficiencias para motores eléctricos, la NEMA Premium. La cual ser á la meta de diseño para todos los fabricantes de motores en América del Norte en los pr óximos años.
• • •
mercado de motores de alta eficiencia, del 5 al 65%. Programas similares de ahorro de energía entre las diferentes compañías generadoras. Solo una compañía generadora continuó otorgando incentivos económicos. Entrada en vigor en 1995 de normas de eficiencia.
Comparativo Proyecto de Incentivos México vs Proyectos Internacionales USA y Canadá
5 años
8 años
100
80
60 40
20
0 1988
1989
1990
1991
1992
1993
USA
1994
1995
1996
1997
CANADA
1998
1999
2000
2001
MEXICO
2002
2003
Análisis de Mercado de Motores Ineficientes en Operación
De acuerdo a las encuestas realizadas por PA Consulting, se determinó que el Programa de Incentivos a Motores estimuló el 32% del total de los motores para equipos de reemplazo.
Alta población de motores de eficiencias muy bajas y con más de 15 años de operación.
Calculamos que hay aproximadamente 1.5 millones de motores 3 de inducción factibles ha ser sustituidos.
Análisis de la Sustitución de Motores Estándar por Motores de Alta Eficiencia Metodología de evaluación para el ajuste de la eficiencia de un motor trifásico Factores que afectan a la eficiencia nominal 1) Desbalanceo de voltaje
Max. Dif Respecto al Voltaje Promedio DESB DE VOLTAJE=
X100 Voltaje Promedio
Donde el Máx. diferencia al voltaje promedio es: Máx Dif. = Voltaje Máximo Voltaje Promedio o Voltaje Promedio - Voltaje Mínimo, lo que resulte mayor. Conociendo este porcentaje, recurrimos a la gráfica para determinar el factor de ajuste por desbalanceo de voltaje
2) Diferencia de voltaje Voltaje Medido DIFERENCA DE VOLTAJE =(
-1 ) x 100 Voltaje de Placa
Efecto en el funcionamiento del motor por diferencia de voltaje
Conociendo este porcentaje, recurrimos a la gráfica para determinar el factor de ajuste por diferencia de voltaje
3) Factor de Carga El factor de carga se determina midiendo la potencia real entre la nominal, debido a que es prácticamente posible medir la potencia real entregada. El factor de caga se calcula dividiendo la potencia real demanda entre la potencia nominal demanda.
Potencia Medida Factor de Carga =
x100 (Potencia de Placa /Eficiencia a Plena Carga)
4) Factor por reembobinado Siempre que un motor sé reembobina, aunque se realice en un taller de calidad, se produce una disminución en la eficiencia del motor, ya que sus elementos se ven sometidos a sobre calentamiento, golpes, sobre esfuerzos mecánicos, mala calidad de las refacciones, etc. Se puede asegurar que cuando un motor se repara en un taller adecuado, su eficiencia disminuye hasta el 2%, mientras que si se realiza en un taller de mala calidad, puede disminuir hasta un 6%, sin embargo, es común que se considere un 1.5% de disminución de eficiencia por cada reembobinado realizado al motor
PERDIDA DE EFICIENCIA POR REEMBOBINADOS
Los valores de ajuste antes descritos, se utilizan tanto, para el motor actualmente instalado, como para el motor de alta eficiencia, pero sin considerar el factor de ajuste por reembobinado, para el motor nuevo. Por lo que considerando estos ajustes, se tiene: Eficiencia Ajustada = Eficiencia de placa X factor de ajuste total Si consideramos el factor de ajuste total, el valor de multiplicar cada factor de ajuste entre sí. Facto de ajuste total = Factor de ajuste por factor de carga X factor de ajuste por diferencia de voltaje X factor de ajuste por desbalanceo de voltaje X factor de ajuste por reembobinados
ANALISIS DE UN CASO PRACTICO DESCRIPCION Sustitución de un motor actual del tipo estándar de una mezcladora de especias en polvo por un motor de alta eficiencia.
1. - ACCION CONCRETA. Se propone el reemplazo de un motor estándar de 40 h.p. (mezcladora de especias en polvo), por un motor de 30 h.p. Alta eficiencia.
2.-DESCRIPCION Y ANTECEDENTES. El motor de la mezcladora de especias en polvo, se encuentra trabajando al 32.95% de factor de carga, ha sido reembobinado 1 vez, se encuentra trabajando con sobrevoltaje, por lo que no opera a la eficiencia apropiada.
DATOS DE PLACA DEL MOTOR ESTANDAR. Motor Marca SIEMENS de 40 h. p, 1800 r.p.m. 440 Volts, 60 Hz, 51 Ampers, Armazón 324T, eficiencia 83.59%
VALORES MEDIDOS DEL MOTOR ESTANDAR PARAMETROS VOLTAJE DE ALIMENTACION CORREINTE 3φ POTENCIA ACTIVA 3φ FACTOR DE POTENCIA 3φ
VALOR 442.82 Volts (442.82/442.82/442.82) 25.3 Amperes 11.24 kW 0.58
OPERACION. Este motor opera 6,500 horas al año
3.- BENEFICIOS ESPERADOS Ahorro por consumos y demanda máxima.
CALCULOS 1) Calculo Desbalanceo de Voltaje % de desbalanceo de voltaje = ((Máxima diferencia al promedio Voltaje Promedio)x100 = La máxima diferencia al promedio se calcula como: Max Dif. = Voltaje Máximo - Voltaje Promedio ó Voltaje Promedio - Voltaje Mínimo, lo que resulte mayor. por lo que: % Desb voltaje = ((442.82-442.82)x100) = 0%
Ajuste por Desbalanceo de Voltaje Al no existir desbalanceo de voltaje entre fases, y de acuerdo con la gráfica antes indicada tenemos que el factor de ajuste por desbalanceo de voltaje es igual a 1
2) Calculo de La Diferencia de Voltaje Dif. de Voltaje ((Voltaje Trifásico No Voltaje Nominal)-1)x100 = Dif. de Voltaje = ((442.82/ 440) -1)x 100 = 0.64%
Ajuste por diferencia de voltaje Según la diferencia entre el voltaje de placa y el voltaje real de operación, existe también una disminución en la eficiencia, la que se calcula basándose en una curva de variación de eficiencia de acuerdo con la diferencia de voltaje. Para el motor evaluado, y de acuerdo con la gráfica anteriormente indicada, tenemos que el factor de ajuste es igual a 0.9995
3) Calculo de Factor de Carga: Parámetros Actuales con motor estándar. Demanda del Motor Medida: 11.24 kW Eficiencia del Motor de Placa 87.5% F.C. = 11.24/(40 h.p. x 0.746/ ef. 0.875) = 0.3295
(32.95%)
Ajuste Por Factor de carga: De acuerdo con la gráfica del comportamiento de la carga del motor evaluado, verificamos la eficiencia a la que trabaja. Por lo que de acuerdo con ella tenemos, que el motor se encuentra operando al 32.95%, es decir, el factor de ajuste es 0.951
4) Ajuste por Reembobinados: Como el motor evaluado ya fue reembobinado 1 vez, se considera un factor de ajuste de, 0.975 en acuerdo a la gráfica antes mencionada. Por lo que considerando estos ajustes, se tiene: Eficiencia del motor estándar Ajustada = Eficiencia Placa de datos X factor de ajuste total Si consideramos el factor de ajuste total, el valor de multiplicar cada factor de ajuste entre sí. Facto de ajuste total = Factor de ajuste por factor de carga X factor de ajuste por dif. de voltaje X factor de ajuste por desbalanceo de voltaje X factor de ajuste, por reembobinados Es decir, Factor de ajuste del motor estándar total = .951 X 0.9995 X 1X 0.975 = 0 9267 Por lo que la eficiencia ajustada es Eficiencia Ajustada del motor estándar = 87.5% X 0.9267 = 81.08% Por lo que la potencia del motor estándar en la flecha es de 11.24 kW X 0.8108 = 9.11 kW Por lo que para entregar 9.11 kW la potencia demandada es de 11.24 kW
Si ahora utilizamos un motor de alta eficiencia La eficiencia de un motor de 30 h p. de alta eficiencia de iguales características al que se encuentra actualmente instalado, es de 93.43% a plena carga Calculando la eficiencia ajustada tenemos Eficiencia ajustada del motor de alta eficiencia = Eficiencia de placa X factor de ajuste total sin ajuste por reembobinado Nota: Esto solo si no se puede - hacer los cambios en el voltaje Efic. Ajustada del motor de alta eficiencia = 93.43% X 0.9995 = 0.9338 Por lo que para el caso del motor de alta eficiencia para entregar 9.11 05 kW requiere demandar: Potencia demandada del motor de alta eficiencia = Potencia nueva ajustada
entregada / Eficiencia
Potencia demandada del motor de alta eficiencia = 9.11/0.9338 = 9.75 kW
Calculo del ahorro energético y económico • Ahorro en demanda = potencia dermandada por el motor estándar – la potencia demandada por el motor de alta eficiencia
Ahorro en demanda = 11.24 kW – 9.75 kW = 1.49 kW • Ahorro en consumo = Ahorro en demanda x Horas de operación anuales
Ahorro en consumo = 1.49 kW x 6,500 horas = 9,685 kWh/año • Ahorro económico Si se considera la aplicación de tarifa OM (Septiembre 2006) en Jerez Zacatecas, entonces el cargo por Kw de demanda máxima medida es de $117.93 y el cargo por kWh de energía consumida es de 0.889, se calculo el siguiente ahorro económico: Cargo por Kw = ($117.93 x 1.49 kW) 12 meses = $2,108.58 Cargo por Kwh = ($0.889 x 9,685 kWh) = $8,609.96
Ahorro económico = Cargo por Kw + Cargo por Kwh = $10,718.55
Periodo de amortización o periodo simple de recuperación El costo de un motor eléctrico de alta eficiencia trifásico Marca WEG de 30 HP, 440 V con una eficiencia de 93.43%, (el motor es para ambiente hostil) tiene un costo aproximado de $11,766.00 Por lo tanto el tiempo de recuperación de la inversión será:
TSR (años) = Costo de motor de alta eficiencia / Ahorro económico anual
TSR (años) = $11,766.00 / $10,718.55 = 1.1 años
