Ahorro de Energía Usando Motores de Alta Eficiencia CONSORCIO MINERO HORIZONTE Agosto 2006 Ing. Williams Vilchez
[email protected] Representante Comercial
Consumo de Motores Eléctricos y su Potencial de Ahorro
Consumo de Motores Eléctricos y su Potencial de Ahorro
Consumo de Motores Eléctricos
Los motores eléctricos consumen el 63% de la electricidad utilizada por la industria (1998 DOE) o aproximadamente el 25% de toda la electricidad vendida en los Estados Unidos
El Consumo Eléctrico en los Motores Varia de Acuerdo al Tipo de Industria 90% 80% 70%
81%
81%
60%
74%
73%
MUEBLES
TABACO
63%
50% 40% 30% 20% 10% 0% TEXTIL
QUIMICOS
PAPEL
Potencial de Ahorro Energético en los Motores •
El potencial de ahorro energético estimado en sistemas con motores eléctricos es del 18% de acuerdo al Departamento de Energía de los Estados Unidos
•
Estos ahorros se pueden obtener cambiando motores existentes , por motores de eficiencia premium, usando variadores de frecuencia, mejorando las prácticas de rebobinado y mejorando los equipos
¿Qué es la Eficiencia y Cuáles son las Pérdidas que Ocurren en un Motor Eléctrico?
¿Qué es la Eficiencia? • “La eficiencia del
motor eléctrico, es la potencia mecánica utilizable de salida dividida entre la potencia eléctrica de entrada”.
En otras palabras; La eficiencia significa que tan bien puede un motor convertir la energía eléctrica de entrada que esta consumiendo en trabajo mecánico provechoso en su eje de salida
¿Qué es la Eficiencia? •
La entrada de un motor de corriente alterna es la potencia eléctrica en watts o kilowatts. La entrada siempre es mayor a la salida, la diferencia son las pérdidas de potencia internas en el motor.
ENTRADA = SALIDA + PERDIDAS
¿Cuáles son las Pérdidas que ocurren en un Motor Eléctrico? • • • •
Pérdida de Resistencia en el Estator (I2R Estator) Pérdida de Resistencia en el Rotor (I2R Rotor) Pérdidas en el Núcleo (Histérisis y Corrientes de Eddy) Pérdidas por Fricción y Ventilación (Rodamientos y
ventiladores) •
Pérdidas Varias (depende de la carga del motor)
Porcentaje de Pérdidas Totales en el Motor Tipo de pérdida
Porcentaje %
Resistencia en Estator
35
Resistencia en Rotor
25
Perdidas en el Núcleo
20
Ventilación y Fricción
10
Pérdidas Varias
10
Comparación de Pérdidas de Watts a Diferentes Niveles de Carga Motor Estandar
s t t a W n e a d i d r é P
Watts Ahorrados
Motor Super-E Eficiencia Premium
% de Plena Carga
25HP, 1800 RPM, TEFC
Comparación de Eficiencias a Diferentes Potencias Eficiencia Premium
a i c . n a e i c g r i a f e c a a l n e e l d p % A
Eficiencia Estandard
Potencia del motor (HP) Curva comparativa de eficiencia contra potencia nominal HP
¿Cómo se Logra la Alta Eficiencia en un Motor?
¿Cómo se Logra la Alta Eficiencia en un Motor? • •
•
Mas y mejor cobre de alta pureza que disminuye la resistencia. Laminaciones en el estator de acero al silicio, más delgadas y con ranuras para mayor capacidad para disminuir corrientes parásitas y poder colocar una mayor cantidad de cobre. Jaula de ardilla del rotor construida con laminaciones de acero al silicio y aluminio inyectado a alta presión o barras de cobre.
¿Cómo se Logra la Alta Eficiencia en un Motor? •
• •
•
Mínima distancia de entre-hierro para minimizar pérdidas por deslizamiento. Perfecta simetría y balance. Ventilador aerodinámico de polipropileno antichispas. Rodamientos anti-fricción de alta calidad.
¿Cómo se Logra la Alta Eficiencia en un Motor? www.baldor.com Más y mejor cobre
Laminación de acero al silicio
Simetría y balance perfectos
Rodamientos Anti-fricción
Ventilador aerodinámico de polipropileno
Distancia mínima de entre-hierro
Embobinados con rango de 200ºC resistentes a la humedad.
Rotor con laminación de acero al silicio e inyección de aluminio a la alta presión.
¿Se Puede Aumentar la Eficiencia de un Motor Instalado?
La eficiencia de un motor es determinada cuando este es diseñado y fabricado. La misma
no puede ser aumentada
Comparación de Eficiencia en Motores y las Últimas Estandarizaciones (EPAct 1997, NEMA Premium 2001)
Historia de la Eficiencia en Motores • •
El interés por la eficiencia de los motores empezó en 1976 con la crisis energética Los motores de Alta Eficiencia fueron introducidos en los 80’s
• • • •
Las eficiencias de los motores han mejorado desde entonces EPAct estableció eficiencias mínimas en 1997 Continuos apagones/Creciente costo de la energía en el 2000/2001 Estandardes NEMA Premium fueron establecidos en 2001 para motores de eficiencia premium
Comparación de Eficiencia en Motores ¿Cuál es la eficiencia de los motores en uso actualmente?
100% 95% 90% 85% 80% 75% 1
2
5
0 1
0 2
0 3
0 5
5 7
5 2 1
Horsepower Installed Average
Source: Dept. of Energy, Advanced Energy, Baldor test data
0 0 2
Motores de Eficiencia Premium • • •
Introducidos en 1980’s
Baldor Standard-E Baldor Super-E Introducidos en 1993 Más altas eficiencias resulta en mayores ahorros y por ende facturas por consumo eléctrico mucho menores.
Comparación de Eficiencia en Motores Los Motores Super-E Ofrecen las más Altas Eficiencias
100% 95% 90% 85% 80% 75% 1
2
5
0 1
0 2
0 3
0 5
5 7
Horsepower Installed Average
Super E
5 2 1
0 0 2
Energy Policy Act • • • • •
Firmado en octubre 24, 1992 Cubre los motores fabricados después de octubre 24, 1997 Cubre motores para propósito general, montados por las bases (Baldor Standard-E) Establece eficiencias mínimas que deben cumplir los motores La eficiencia de los motores Baldor Super-E es superior a las que establece Epact.
Comparación de Eficiencia en Motores Baldor Standard-E (EPAct) VS Baldor Super E 100% 95% 90% 85% 80% 75% 1
2
5
0 1
0 2
0 3
0 5
5 7
5 2 1
Horsepower Installed Average
Epact
Super E
0 0 2
Standard-E (EPAct) Vs. Super-E Promedio de Eficiencia Motores Instalados
Standard-E Eficiencia EPAct
Super –E Eficiencia Premium
1
77.5
82.5
85.5
10
82.2
89.5
91.7
50
89.0
93.0
94.5
100
89.3
94.5
95.4
HP
Eficiencia NEMA Premium • •
•
Anunciado por NEMA en 2001 Motores de 4 polos TEFC con eficiencias iguales a los Baldor Super-E Motores de 2 & 6 polos Baldor Super E poseen eficiencias mayores a las especificadas por NEMA Premium
Disponibilidad de Motores NEMA Premium TEFC • Baldor • • • • •
Reliance GE Marathon Leeson Siemens
100% 43% 27% 47% 28% 9%
ODP • Baldor • • • • •
Reliance GE Marathon Leeson Siemens
100% 34% 27% 30% 23% 4%
Source: Consortium for Energy Efficiency (CEE), as of August 7, 2001
Regla General Cuesta cerca de $2 al día por HP para operar un motor uso continuo a $.10 kWh
25 HP = $50.00 diarios 50 HP = $100.00 diarios 100 HP = $200.00 diarios
¿Cuánto Vale la Alta Eficiencia? $1,400 r a e Y r e p s g n i v a S r a l l o D
$1,200 $1,000 $800 $600 $400 $200 $0 $0.05 $0.06
$0.07
$0.08
Power Cost per kWh
40hr/5 days/50 wks
80hr/5 days/50 wks
$0.09
$0.10
120 hrs/7days/50 wks
40 HP Super-E con 94.5% de eficiencia comparado con un motor estandard con 90 % eficiencia
Nueva Etiqueta “Energy Guide” de Baldor •
• •
Se muestra en la caja de cada motor Super-E Se incluye el costo operacional annual Resalta los ahorros energéicos por usar motores de eficiencia premium Super-E
Costo Inicial de un Motor Vs. Costo de Operación
Costo del Ciclo de Vida de un Motor Precio Inicial, Instalación y Mantenimiento - 2.7%
Costo de Operación – 97.3%
Costo de Operación Vs. Precio de Compra
Precio de compra Uso anual Eficiencia Gas/Costo de energía Costo de operación anual Costo de operación como %del precio de compra
Automobil
Motor 60HP
$20,000
$2,600
12,000 millas
8,760 hrs.
20 millas/galon
93.6%
$1.50/galon
10¢ kWh
$900/año
$41,890/año
4%
1600%
Los Beneficios de Usar Motores de Eficiencia Premium SUPER-E
Motores de Eficiencia Premium Baldor Super-E •
•
•
Ofrece las más altas eficiencas en toda la línea de motores que cualquier otra marca Tamaños desde 1 hasta 1,500 HP Mas de 500 diferentes modelos disponibles en stock
Motores de Eficiencia Premium Baldor Super-E • • • • • • • •
Utiliza materiales de la más alta calidad Sobrepasa los niveles de eficiencia exigidos por EPAct Primero en cumplir con las eficiencias exigidas por CEE (Consortium for Energy Efficiency) Bajo incremento de temperatura - aumenta la vida del motor Balanceo dinamico a la mitad de los limites exigidos por NEMA Estrictas tolerancias en su fabricación Alambre ISR 100 veces más resistente a altas frecuencias y transientes producidas por variadores de frecuencias Grasa Exxon POLYREX EM con mayor protección para los rodamientos
Eficiencia Premium se Paga por Si Sola • 5
s 4 h t 3 n o 2 M 1 0
3
5 7 .
1 5
2 5
4 0
0 0 6 0 1 0 1 5
Horspower Basado en $.10 kWh, uso continuo
•
Recuperación del costo adicional de un motor de Eficiencia Premium Vs. un motor EPAct Precio adicional de compra se recupera en meses
¿Cuánto Ahorran los Motores de Eficiencia Premium Super-E? Ahorro
•
Annual con/ Recuperación HP 5 10 25 50 100 200
Super-E $277 $464 $923 $1,449 $2,454 $4,675
en Meses 12 12 14 16 18 18
Tiempo de recuperación del costo de un motor nuevo cuando un motor bueno instalado es cambiado por uno Super-E.
Basados en $.10/kWh, uso continuo, cambiando motores instalados
Plan de Suministro y Reparación de Motores
Política de Motor – Reparar /Reemplazar •
•
•
Reemplace todos los motores estandares dañados bajo cierto HP por motor de eficiencia premium Reemplace todos los motores dañados bajo cierto nivel de eficiencia con motores de eficiencia premium Repare todos los motores dañados superiores a un caballaje especificado siempre que el costo de la reparación sea menor que un cierto porcentaje del costo del motor nuevo
Política de Motor – Aplicaciones Criticas •
•
•
Compre un motor de eficiencia premium de reemplazo Instalar los motores en la próxima detención de planta planificada Conserve el motor existente como repuesto
