09/05/2016
Objetivos Reconocer las actividades para auditar y gestionar la energía eléctrica.
Energías Renovables Auditoría y eficiencia energética
Identificar oportunidades oportunidades para reducir los consumos de energía eléctrica, mediante la eficiencia energética.
Motores eléctricos eficientes
Objetivos
Aplicación de motores
Identificar diferentes tipos de motores eléctricos. 14% 35%
Evaluar indicadores económicos para diferentes motores 18%
Seleccionar el motor mas óptimo según la aplicación
33%
Bombas centrifugas
Vent iladorescentrifugos
Transpor Tran sporte te de mate material rial y proces proceso o
Bombas Bo mbas de desp desplazam lazamien iento to posit positivo ivo
1
09/05/2016
Fundamento teórico
Fundamento teórico
• En el diseño de los motores eléctricos se tiene que considerar:
• Para motores trifásicos con potencias hasta 100 kW se tiene:
• •
Pérdidas en los motores eléctricos;
•
El rendimiento máximo es más elevado cuando mayor es la potencia nominal.
Enfriamiento de los motores eléctricos. • •
El rendimiento máximo varia con el nmero de polos de los motores. El rendimiento máximo de un motor ocurre por lo !eneral cuando su car!a es i!ual al "5# P$;
• %uando un motor opera a más del 50# de su P$& el rendimiento es
cercano al rendimientomáximo.
Rendimiento de los motores • El rendimiento y el factor de potencia de un motor eléctrico varían en función de su cara solicitada!
Evaluación del dimensionamiento de un motor de inducción • El parámetro principal a e"aminar es la potencia nominal del motor!
#na potencia nominal muy superior a la requerida da como resultado: – 'esperdicio de ener!(a; – Elevaci)n de la potencia solicitada a la red; – *educci)n del factor de potencia; – +ayores pérdidas en las redes de distri,uci)n de ener!(a y los
Para evaluar el potencial de economía que puede ser obtenido se requiere calcular la potencia consumida.
transformadores.
2
09/05/2016
Ejemplo: MI! " polos! # n $% &p
Evaluación del dimensionamiento de un motor de inducción Para evaluar el potencial de econom(a ue puede ser o,tenido en los motores& primero calcular la potencia consumida. erificar el factor de car!a %.
%on el % el coeficiente de car!a ' ( %!))
inalmente& la potencia de econom(a de ener!(a.
Motores eléctricos Máquinas que transforman la energía
Motores de alta eficiencia MAE
eléctrica en energía mecánica. Su eficiencia
debería
ser
una
característica crítica de selección ya que afecta al costo de operación .
-
09/05/2016
*ia+rama ener+ético M,E,
Motores eléctricos Conforme incrementa la potencia de
Red P1 Trifásica
PElmag
P2
Pmec
Eje del Motor
salida,
se
incrementa
el
grado
de
dificultad para mejorar la eficiencia: -Motores de 1 a 5 HP alcanzan mayores eficiencias, en un 10% con relación a los motores convencionales. -Motores hasta 200 HP, son superiores en
∆Pel est
+ ∆ Padic
∆
Pel rot
∆Pfric
+ ∆ Padic
un 3%.
P2 = Pmec - ∆ Pfric - ∆Padic
Motores de alta eficiencia • $as características de diseño de la mayoría de los %&E son: – 4tiliaci)n de mayor cantidad de co,re en el rotor y el estator; – $cleo construido con laminas más del!adas y de mayor
permea,ilidad; – Pérdidas por ventilaci)n reducidas de,idas a un diseo térmico y
flu7o de enfriamiento me7orados. – +e7or control de calidad y mauinado.
Motores de alta eficiencia • 'enta(as – 8os +E tienden a operar a una menor temperatura& esto aumenta
su tiempo de vida; – 8os +E poseen !eneralmente menor desliamiento ue los +EE. – 8os +E son normalmente más ro,ustos y me7or construidos; – El :ec:o ue se ten!a una eficiencia mayor disminuye el costo de
operaci)n. En un ao el costo de ener+-a es seis veces el costo de compra del motor.
3
09/05/2016
Motores de alta eficiencia
Motores de alta eficiencia • &plica)ilidad – %uando el motor opera a una car!a constante y muy cerca del
• $imitaciones
punto de operaci)n nominal;
– El torue de arranue y el torue máximo son en al!unos diseos
– En motores de 10 a "5
li!eramente mayores y en otros li!eramente menores;
más.
– 8a corriente de arranue suele ser mayor;
– %uando se usa para reemplaar a motores anti!uos y
– 8a corriente transitoria en el arranue& ue tiene su máximo en el
so,redimensionados.
primer medio ciclo se incrementa de,ido a un mayor valor de la
– %uando se usa con7untamente con variadores electr)nicos de
relaci)n /*.
frecuencia para accionar ,om,as y ventiladores.
– El factor de potencia del motor puede ser menor ue en un motor
– En instalaciones nuevas.
standard.
– %uando la operaci)n anual esta por encima de las 3000 :oras.
Motores de alta eficiencia
Eficiencia ./0EMA
CALIFICACION DE MAE S/NEMA NUMERO DE POLOS
• Evaluación económica de motores estándar y %&E %alcular el a:orro potencial de demanda.
:orro potencial de ener!(a& se o,tiene=
inalmente& determinar los costos a:orrados
HP
2
4
6
8
7.5
88.5
89.5
89.5
85.5
10
89.5
89.5
89.5
85.5
15
90.2
91.0
90.2
85.5
20
90.2
91.0
90.2
89.5
25
91.0
92.4
91.7
89.5
30
91.0
92.4
91.7
91.0
40
91.7
93.0
93.0
91.0
50
92.4
93.0
93.0
91.7
60
93.0
93.6
93.6
91.7
75
93.0
94.1
93.6
93.0
88
100
93.6
94.5
94.1
93.0
86
125
94.5
94.5
94.1
93.6
84
150
94.5
95.0
95.0
93.6
200
95.0
95.0
95.0
94.1
250
95.4
95.0
95.0
94.5
300
95.4
95.4
95.4
94.5
400
95.4
95.4
95.4
94.5
500 95.4 09/05/2016
95.8
95.4
94.5
GRAFICO N°01: EFICIENCIA S/N°POLOS 98 96 94
) %92 ( C I F 90 E
5 7 .
5 1
5 2
2 POLOS
0 4
0 6
4 POLOS
0 0 1
0 5 1
6 POLOS
0 5 2
0 0 4
8 POLOS
5
09/05/2016
Eficiencia de los motores • $a eficiencia de los motores eléctricos de)e ser compro)ada se+n una norma reconocida internacionalmente, por lo que mayormente se emplea la IEEE-112 , método -, modificada se+n la norma .E%& %/11!23 a y ) 45evisión del 167017809! .E%&, &sociación .acional de a)ricantes de Equipo Eléctrico!
Medición de la eficiencia $a eficiencia de los motores se puede medir por el cociente de la enería de salida entre la enería de entrada! Pero la medición de la enería mecánica de salida no es fácil! $a metodoloía para medir la eficiencia son: 1. Medición directa de la salida. 2. Determinación de las pérdidas medidas a la salida. Las normas para la medición son: IEEE Method B, IEC 34-2, JEC-37.
Eficiencia de los motores • %uchos fa)ricantes entraron en la tendencia de diseñar motores de alta eficiencia! ;ada fa)ricante identifico a su motor con un nom)re:
1entajas técnicas 2 económicas de los MAE
6
09/05/2016
+>?>* E8A%?*B%> EC?D$'*
Tabla – Comparación de un motor estándar con el de alta eficiencia
34uál es el criterio de compra5 En la mayor parte de las orani
Tabla – Comparación de parámetros
precio es mayor! Por lo que, el nuevo criterio de compra sería comparar la sumatoria actualizada de la inversión inicial ms los costos de operación 4consumos de enería eléctrica, como mínimo9
durante la vida +til estimada 410 años9!
"
09/05/2016
Ejemplo de aplicación
4álculo de a6orros anual
NUEVO PARADIGMA PARA DECIDIR COMPRAS CRITERIO DE COMPRACION
Potencia (HP) Precio de compra ($US) Mayor inversion ($US) Horas de operación por año Costo operación (1)($/año) Vida útil (años) Costos operación total ($US) Sumatoria a comparar ($US) Diferencia a favor de los MAE Relación Dif. Favor/precio motor
Motor Estandar 50.00 1,206.20 8,760.00 17,855.10 10.00 178,551.00 179,757.20
Motor Alta Efic. 50.00 1,580.75 374.55 8,760.00 17,288.30 10.00 172,883.00 174,463.75 5,293.45 3.35
Empleo de una formula para el calculo del ahorro anual: ! " #$%&' ( ) ( * ( + ( , ( 1##.Eb-1##.Ea/
= @ $ ; . E) Ea
> ahorro anual, ?#= > potencia del motor @P > actor de cara del motor 4decimales9 > tarifa de la enería eléctrica > horas de operación anual > eficiencia de motor estándar > eficiencia de %&E
Ejemplo: incremento de la eficiencia en 78 . ( %,)"9 x & x x 4 x 0 x ;7%%/Eb<7%%/Ea=
El incremento de 1A en la E 4de BCA a B2A 9 en un motor de 200@P que opera a un 80A de factor de cara representaría un ahorro en enería de: Potencia BCA: 40!6CD"200"0!80970!BC > 316!C2 kW Potencia B2A: 40!6CD"200"0!80970!B2 > 31C!11 kW Entonces un %&E de B2A consume menos enería, el ahorro es de kW> 316!C231C!11> 3!3C kW , sí el motor tra)a(a D,000 horas7año, y con un costo de enería eléctrica de 2 centavos por kWh, entonces el ahorro por año será: 3!3C"D 000" 0!02> 0! 1 ##2!
Recomendaciones 2 conclusiones
E
09/05/2016
Recomendaciones
Recomendaciones
& continuación, se menciona alunas recomendaciones para seuir me(orando la eficiencia enerética:
& continuación, se menciona alunas recomendaciones para seuir me(orando la eficiencia enerética:
1! Evitar el re)o)inado un motor re)o)inado pierde su eficiencia, re)o)inar un motor de más de 30 kW reduce su eficiencia en cerca de 1 A y en motores más pequeños en hasta A! ! Evitar el so)redimensionamiento sustituir por motores más pequeños pero más eficientes eneréticamente! $a potencia de)e estar so)redimensionada en 2 a 12A de la potencia de operación! =i el motor esta por encima del 2A, el factor de potencia disminuye, lo que incrementa la corriente del motor! 3! &ccionar '=F para el control de velocidad se tiene un ahorro de enería al disminuir la velocidad, de)ido a la eliminación de pérdidas de)ido a estranulamiento, rendimiento y fricción!
C! %e(orar la calidad de enería si la calidad de potencia eléctrica 4simetría, forma de onda y manitud9 es )a(a, el motor opera con mayores pérdidas y disminuye su tiempo de vida! C!1!%antener los niveles de tensión cercanos al nominal las variaciones de tensión afectan la eficiencia, el factor de potencia y el tiempo de vida!
Recomendaciones
Recomendaciones
& continuación, se menciona alunas recomendaciones para seuir me(orando la eficiencia enerética:
& continuación, se menciona alunas recomendaciones para seuir me(orando la eficiencia enerética:
C! %inimi
C!3 Fisminuir la distorsión armónica los armónicos ocasionan un incremento de pérdidas!
El deseuili,rio de tensiones no de,e superar el 2#& $E+ +F1.199- y BE%600-3G2.
'isminuir la potencia nominal de acuerdo a la fi!ura& $E+ +F1.199-
9
09/05/2016
Recomendaciones =í en una empresa se de)en adquirir nuevos equipos , o se de)en repotenciar máquinas , tome en cuenta lo siuiente: 1! 5evise las horas de funcionamiento por año de los motores que tiene en su instalación,
Recomendaciones 2! =olicite ofertas a sus proveedores de motores eléctricos, D! Eval+e las características y dimensionamiento de los ca)les de alimentación, 6! Eval+e los pro)lemas de mantenimiento de los motores eléctricos, historial, y tipo de fallas!
! 'erifique el tiempo de vida de los motores, 3! @aa una priori
Recomendaciones • ;omparación entre motores estándar y motores de alta eficiencia
4osto de inversión 2 operación de un motor eléctrico Inversión
Operación
→
→
5 – 0 %
90 – 95 %
Una decisión inteligente a la hora de la compra producirá beneficios por un largo período
10
09/05/2016
Referencias • Guispe H, Enrique, I'isión Jnteral para el #so 5acional de la Enería K #5E en la &plicación de %otores de JnducciónL, JJ =imposio Jnternacional de Enería ME;=#P$ima, Per+, &osto 003! • %inisterio de enería y minas IEficiencia EneréticaL! Prorama para el ahorro de en ería K P&E PE5N! • &ndreas Oohn ;! E.E5/EJ;JE.M E$E;M5J; %HMH5=! =econd Edition! ;opyrih %arcel Fekker, Jnc! .eQ ork, #=& 1BB!
11
