Ventajas de Motores Eléctricos y Variadores de Frecuencia
Emisiones de CO2 a la atmósfera A nivel mundial del total de gases emitidos producto de una combustión, el principal de ellos es el Bióxido de Carbono (CO 2), en donde el 21% corresponde a la generación eléctrica. La suma de emisiones de México, Centro y Sudamérica, Africa, Medio Oriente, Asia y Australia, son menores a las de Estados Unidos.
En México, el 80% de la generación generación eléctrica nacional procede de centrales que queman combustibles fósiles Por tal motivo existe un gran potencial para desarrollar acciones conjuntas que permitan contribuir al mejoramiento del medio ambiente 2
Principales destinos de la energía eléctrica por sector y tecnología ENERGÍA ELÉCTRICA
100%
5%
INDUSTRIAL
DOMÉSTICO
COMERCIAL Y SERVICIOS
MUNICIPAL
AGRÍCOLA
58.8%
25.4%
7.5%
3.8%
4.5%
36%
7%
3%
3% 0.8%
4.4% 7.8%
7%
4.5%
2.5% 2%
7% 10% ILUMINACIÓN
18%
MOTORES
46%
REFRIGERACIÓN
17%
AIRE ACONDICIONADO
PROCESOS
Resultados del programas de incentivos Programa Financiado por BID/CFE para promover equipos de alta eficiencia Éxito obtenido en las acciones emprendidas Tecnología de alta eficiencia
Número Acciones
Nivel de Éxito penetración (%)
Motores eléctricos
211,246
Del 3 al 100
Compresores
1,109
Del 7 al 40
Alumbrado
5’490,151
Del 40 al 80
Impacto Ambiental % de participación de los motores eléctricos de alta eficiencia 100%
100%
90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%
menos Menosdel 3%3%
0%
año
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
3.8 millones de Toneladas de CO2
Comparativo Proyecto de Incentivos México vs Proyectos Internacionales USA y Canadá 5 años
8 años
100
80
60 40
20
0 1 9 88
1 9 89
1 9 90
1 9 91
1 9 92
1 9 93
USA
1994
1 99 5
1 99 6
1 9 97
CA NA DA
1 99 8
1 9 99
2 00 0
2 0 01
MEXICO
2 00 2
2 0 03
Motores eléctricos DEFINICIÓN DEL MOTOR DE INDUCCIÓN: Máquina eléctrica que convierte energía eléctrica en energía mecánica Wper Wen
Wsal
Wen = Energía de entrada en forma eléctrica Wsal = Energía de salida en forma mecánica Wper = Energía perdida durante el proceso en forma de calor
Motores eléctricos Se considera que los motores eléctricos son el elemento motriz de la industria. Considerando que consumen alrededor del 70 al 80% del gasto de energía eléctrica de una 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 Características de construcción del motor de inducción
DEFINICIÓN DE EFICIENCIA Eficiencia = Potencia de salida / Potencia de entrada
Potencia de entrada = Potencia de salida + Pérdidas
Eficiencia = Potencia de salida / ( Potencia de salida + Pérdidas )
= Psal / ( Psal + Perd)
De esta definición se deduce que las pérdidas y la eficiencia tienen una relación inversa.
Mejoramiento de Eficiencias %
1992
99
M OTORES OTORES ESTÁNDAR ESTÁNDAR 1994 99 4
(NOM–016–ENER–2002) SELLO FIDE
94
NEMA PREM PREM IUM Acero al Silicio Embobinado de cobre de alta calidad
89
84
Armazon de Fierro
Ventilador
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 Baleros anti-friccion
69 1 1.5 2
3
Mas Cobre
Entrehierro mas estrecho Mayor area de laminación
5 7.5 10 15 20 25 30 40 50 60 75 100 12 125 15 150 200 250 300 350 400 450 500 HP
Cualidades Motor de Alta Alta Eficiencia MAYOR VOLUMEN DE COBRE.- Reduce pérdidas por resistencia. Reduce la temperatura temperatura de operación
ACERO AL SILICIO.- Acero de menores pérdidas magnéticas (W/lb), y de menor espesor MENOR ENTREHIERRO.- Reduce pérdidas indeterminadas BARRAS Y ANILLO DE CC DEL ROTOR.- De mayor sección lo que permite reducir la resistencia de la jaula REDISEÑO DE ARMAZON.- Mejor disipación térmica
LAMINACIONES REDISEÑADAS.Mejoran la eficiencia VENTILADOR MEJORADO.- Reduce las pérdidas por fricción y ventilación. Reduce la temperatura
De mayor longitud reducen pérdidas magnéticas. Se incrementa la NUCLEOS MAGNETICOS.-
Mejoramiento de Eficiencias
Ejemplo de Proyecto de Motores Eficientes en una Industria Motores eléctricos ineficientes
Motores eléctricos eficientes NEMA Premium
Criterios de Sustitución Motores Eléctricos Factores a Evaluar
Aplicación del motor Horas operación al año Eficiencia del motor Nivel de carga Par de arranque Reparaciones anteriores Características Características especiales
Carácterísticas Carácterísticas Motor Eficiente Eficiente
Mayor volumen de cobre Acero al silicio mayor pureza Menor entrehierro Barras y anillos de CC del rotor de mayor sección Núcleos magnéticos de mayor longitud Ventilador alta eficiencia Armazón rediseñado
Se recomienda aplicar motores NEMA Premium
Ahorro Energía Eléctrica Eléctrica Motores Eléctricos Eliminación Desperdicios Desperdicios
Uso de potencia adecuada del motor a la aplicación
Análisis factor de carga del motor
Correcta alimentación eléctrica
Mantenimiento Mantenimiento adecuado al equipo
Aplicación Motores Alta Eficiencia instalaciones Nuevas instalaciones Reemplazo
de motores averiados Sustitución de motores existentes
Ventajas Motores Eficientes Más silenciosos Mayor vida útil Mayor confiabilidad Menor temperatura de operación Menores pérdidas Menor consumo y pago de energía eléctrica
Metodología para el Cálculo del Ahorro de Energía en Motores Eléctricos Trifásicos Valores de Eficiencia Promedio Ponderado 1/
Potencia Potencia
NOM-074SCFI-1994 Nominal, Nominal kW
Estándar
Cp Valores
NOM-016ENER-1997 Estándar
NOM-016-
Sello FIDE /
ENER-2002
Proy. NOM 2009
Mínimos 0,746
1.0
71.2
75.2
81.1
83.8
1,119
1,5
75.6
79.4
83.8
86.1
1,492
2.0
77.6
81.0
84.2
86.5
2,238
3.0
78.2
81.3
87.1
89.0
3,730
5.0
81.1
83.5
87.5
89.3
5,595
7,5
82.9
85.8
89.3
91.2
7,460
10
83.5
86.1
89.5
91.4
11,19
15
83.6
87.0
90.8
92.1
14,92
20
84.6
87.3
90.8
92.5
18,65
25
86.3
88.8
92.1
93.2
22,38
30
87.4
89.5
92.1
93.2
29,84
40
87.5
89.8
92.8
93.8
37,30
50
88.7
90.4
92.9
94.2
44,76
60
89.3
91.2
93.5
94.7
55,95
75
89.4
91.2
93.9
95.0
74,60
100
89.9
91.9
94.3
95.1
93,25
125
90.1
92.1
94.5
95.3
111,9
150
90.6
92.1
94.9
95.7
149,2
200
91.4
92.7
95.0
96.0
186,5
250
-
-
95.1
96.1
223,8
300
-
-
95.4
96.1
261,1
350
-
-
95.4
96.1
298,4
400
-
-
95.4
96.1
Factor de Carga promedio es de 64.9%. (PA Consulting, 2004) Horas a la semana, lo que significa 5,600 horas al año. (PA Consulting, 2004) Se pierde 1.5 punto porcentuales por cada reembobinado del motor eléctrico en operación. Por antigüedad también se pierde 1.5 puntos porcentuales
Resumen de valores de eficiencia promedio ponderado a plena carga para motores
Ahorro de Energía Energía en Motores Eléctricos Paso No.1 Evaluar la potencia potencia estándar demandada a partir de las mediciones eléctricas Pot STD ele
3 VSTD p I STD p FPSTD p 1,000
... kW
Paso No.2 Evaluar el factor de carga y la eficiencia del motor actual FCSTD
hp flecha Potencia en la flecha hp placa Potencia nominal Potencia en la flecha
Por lo tanto:
FC STD
Pot STD ele η hp placa 0.746
Potencia eléctrica η 0.746 kW
hp
Ahorro de Energía Energía en Motores Eléctricos Paso No.3 Determinar Determinar la potencia al freno del motor actual (estándar)
Pot STD STD mec
η STD STD ajustada
Pot STD STD ele
.. .kW, kW, hp
Paso No.4 Proponer nuevo motor de Alta Eficiencia y su factor de carga Pot AE mec
Pot STD mec mec ... hp, kW 0.75
Paso No.5 Determinar Determinar la eficiencia del nuevo motor η AE
FC FC1 η 2 η1 η1 AE FC 2 FC1
FC AE
Pot STD mec mec Pot AE placa
Ahorro de Energía Energía en Motores Eléctricos Paso No.6 Calcular la potencia demandada por el nuevo motor Pot AE ele
Pot AE mec FC AE 0.746
...kW
η AE ajustada
Paso No.7 Cálculo del ahorro energético y económico
A D Pot STD STD ele Pot AE ele .
...kW
A C A D hora de operación al año año
... .kWh/año
AE 12AD CostoD AC CostoC Ponderado ... $/año Paso No.8 Periodo de amortización o Período Simple de Recuperación
P.S.R.
Inversion Ahorro
años
Evaluación Evaluación de equipos equipo s de Pozos de Bombeo de Agua
Evaluación Evaluación de equipos equipo s de Pozos de Bombeo de Agua El equipo técnicamente son nuevos, ya que tienen una eficiencia del 94,5%
Historial de consumo
Ahorro 31.6%
Comportamiento de carga del pozo
La carga se mantiene constante durante todo el día
Datos de analizador de redes
Factor de carga y Eficiencia
El equipo se encuentra encuentra trabajando trabajando al 75% FC=88/117 = 75% Y
Comportamiento de factor de pozo
Datos del analizador de Redes
Se encuentra por debajo del 90%
Procedimiento para Compensar Factor de Potencia Paso 4. Determinar la capacidad capacidad del Banco Banco de Capacitores Capacitores
kVAr C kW F K kVAr C 88 0.26 22.8 Con un factor de potencia de 86% hay una penalización mensual de 2.79 2.79 %, equivalente equivalente a $1,716 $1,716 Con un factor de potencia de 95% hay una bonificación mensual de 1.32 %, equivalente equivalente a $842 Arreglo Propuesto
22.8 kVArc
Paso 6. Tiempo Simple de Recuperación de Inversión ( con Mano de Obra ) TSR
$14,168 $2,558
=
5.5 meses
Ahorro de Energía Energía en Motores Eléctricos Situación Potencia del motor en hp Factor de carga Eficiencia Potencia eléctrica demandada kW Potencia mecánica entregada kW Consumo de energía eléctrica Costo de la demanda (US$) Costo por consumo (US$) Costo por ajuste en combustibles (US$) Costo mensual por energéticos (US$)
Estándar 40 45% 82% 18.18 14.91 13,089.60 68.01 366.06 107.10 541.17
Alta Eficiencia 301 63% 93% 16.03 14.91 11,541.37 59.96 322.76 98.07 477.15
Nota 1.- Se considera un motor de alta eficiencia de menor potencia debido al bajo factor de carga del motor de eficiencia estándar, con la misma potencia mecánica. Ahorro mensual por sustitución (US$) Ahorro anual por sustitución (US$) Inversión aproximada (US$) Recuperación de la inversión en años
64.01 768.10 1,221.82 1.6
Caso Práctico Motores Alta Eficiencia Sistema Actual Ubicación
CAPACIDAD UNITARIA HP
UNI DADES
HORAS DE OPERACIÓN Hrs
%
KW
Maqu ina 1
100
1
8 280
80
54.2 8
449,438
Maqu ina 2
100
1
8 280
80
58.3 5
483,138
Maqu ina 3
50
1
8 280
80
33.3 3
275,972
Maqu ina 4
50
1
8 280
80
33.3 7
276,304
Nº DE
EFICIENCIA
DEMANDA
TOTAL
179
CONSUMO ANUAL KWh
1,484,852
Sistema Propuesto Ubicación Maquina 1 Maquina 2 Maquina 3 Maquina 4
CAPACIDAD UNITARIA HP 100 100 50 50
UNIDADES
HORAS DE OPERACIÓN Hrs
1
8280
1
8280
1
8280
1
8280
Nº DE
EFICIENCIA
DEMANDA
%
KW
92.32 92.57 91.74 91.74
50.37
417,064
TOTAL
54.1
447,948
31.18
258,170
31.22
258,502
167 AHORROS OBTENIDOS EN EL PROYECTO
AHORRO EN DEMANDA AHORRO EN CONSUMO AHORRO ECONOMICO ANUAL INVERSION RECUPERACION
CONSUMO ANUAL KWh
12.47 KW 103,252 KWh USD$ 11,036.95 USD$ 20,219.34 1.83 AÑOS
1,381,684
Muchas Gracias DMS Equipos
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