AHORRO DE ENERGÍA EN MOTORES ELÉCTRICOS

Ing. Gustavo Cadena Bustamante

24 de mayo de 2013

USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA EN MOTORES ELÉCTRICOS

SELECCIÓN DE MOTORESMOTORES ALTA EFICIENCIA FACTOR DE POTENCIAVARIADORES DE VELOCIDADAUTOMATIZACIÓN

DISTRIBUCIÓN DE LOS CONSUMOS DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

MOTORES ELÉCTRICOS

Un motor eléctrico es una máquina que transforma energía eléctrica en energía mecánica.

78% DEL CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA

MOTORES ELÉCTRICOS

CORRIENTE CONTINUA CORRIENTE ALTERNA

SERIEMOTOR COMPOUNDSHUNTSIN ESCOBILLASPASO A PASOSERVOMOTORSIN NÚCLEO

SÍNCRONO

ASINCRONO

MOTORES ASINCRONOS

MOTORES ASINCRONOS

SELECCIÓN MOTORES ASINCRONOS

DATOS FUNAMENTALES DE LOS MOTORES

Potencia, KW ó HP

Tensión de servicio, KV ó V

Frecuencia, HZ

Velocidad nominal, r.p.m.

Corriente nominal, A

Factor de potencia, cos ángulo,

Eficiencia, n%

SELECCIÓN MOTORES ASINCRONOS

DATOS FUNAMENTALES DE LOS MOTORES

Tipo y tamaño de armazón; P, TCCV, TCCV-X,...

Posición de trabajo; vertical, horizontal

Tipo de flecha; hueca, solida, doble extensión

Par; estandar, alto par

Tipo de acoplamiento; Flexible, brida "C" o "D"

Temperatura de operación; clase de aislamiento; B, F, H

Se calcula que hay 1.5 millones de motores trifásico factibles ha ser sustituidos

Alta población de motores de eficiencias muy bajas y con más de 15 años

Eficiencia en el uso de la energía en motores eléctricos

FACTOR DE POTENCIA

UN FACTOR DE POTENCIA ALTO (MAYOR DE 90)BENEFICIOS:

1. Evitar cargos por bajo FP y obtener bonificación2. Liberación de potencia en el transformador y en

la instalación. KVA=KW Toda la potencia produce trabajo

3. Reducción de corriente en alimentadores4. Reducción de pérdidas en alimentadores5. Reducción de la caida de tensión6. Por lo anterior; Ahorro de energía

FACTOR DE POTENCIA

Los motores requieren de potencia activa y reactiva para funcionar.

kWkVAR

Medios de corregir el factor de

potenciaBancos de capacitores.Motores síncronos.Condensadores síncronos.Compensadores estáticos de VARS.

Corrección de factor de potencia mediante bancos

de capacitoresCasi siempre son el medio más económico.

Se pueden fabricar en configuraciones distintas.

Son muy sensibles a las armónicas presentes en la red.

Planteamiento de un caso práctico

500 KVA

Conductor 600 KCM 6 conductores (2/Fase)

350 KW

220 VoltsFP= 70.0

Operación: 20 horas diarias.100 M

ObjetivoSubir el factor de potencia a 0.95 inductivo.

500 KVA

Datos previosTarifa HM

Costo promedio de kW-H = $ 1.33

Costo de kW de Demanda Máxima = $ 177.85

Cargo por bajo factor de potencia :

1714.0170.090.0

53

nFacturaciónFacturació

Datos del reciboDemanda Máxima medida 350 kW 62,248

Consumo de Energía 210,000 kWH 279,300

Facturación 341,548

Cargo por bajo FP (0.7) 58,541

Subtotal 400,089

+16% IVA 64,014

Total 464,103

Ahorro mensual obtenido por evitar el pago de cargos por bajo factor de potencia: $58,541

Ahorro mensual obtenido por la bonificación por alto factor de potencia: $4,494

2

90.0141

fpnFacturacióAhorro

Ahorros obtenidos

AHORRO TOTAL : $63,035

BANCOS DE CAPACITORES

VARIADORES DE VELOCIDAD

Aplicaciones con alto potencial de ahorro presentes en la industria moderna

Ventiladores

Bombas

Compresores

VARIADORES DE VELOCIDAD

POTENCIA Y TORQUE.

Un motor eléctrico convierte energía eléctrica en potencia y torque para mover una carga escencialmente mecánica.

Así pues, es la máquina la que define cómo ha de comportarse el motor eléctricamente. Esto es muy importante tenerlo claro.

El torque es proporcional al consumo de corriente y a la potencia eléctrica consumida por el motor.

VARIADORES DE VELOCIDAD

TORQUE CONSTANTE.

“Sin importar a qué velocidad está la aplicación, el requerimiento de torque para mantenerla en movimiento es el mismo”

0

10 20 30 40 50 60 70 80 90

100

% RPM

Torque

Ejemplos:Banda transportadoraTornillo sinfinElevador de Cangilones

VARIADORES DE VELOCIDAD

VARIADORES DE VELOCIDADTORQUE VARIABLE - LINEAL.

“El torque que demanda la aplicación a su fuerza motriz es linealmente proporcional a la velocidad de la misma”

0

10 20 30 40 50 60 70 80 90

100

% RPM

Torque

Ejemplos:Compresor pistónCompresor de tornilloCompresor scroll

VARIADORES DE VELOCIDAD

TORQUE VARIABLE - EXPONENCIAL.

“La demanda de torque a la fuerza motriz es geométricamente proporcional a la velocidad de la aplicación”

0

10 20 30 40 50 60 70 80 90

100

% RPM

Torque

Ejemplos:VentiladoresBombas centrífugas

VARIADORES DE VELOCIDAD

Caudal, torque y presión estática en aplicaciones de torque exponencial.

La presión absoluta del fluido dentro de un ducto o una tubería se comporta de manera análoga al torque. La única diferencia es el exponente que define su comportamiento.

Presión es proporcional al cuadrado del porcentaje de velocidad de la aplicación.

Torque es proporcional al cubo de la misma variable.

VARIADORES DE VELOCIDAD

Presión

Potencia/Torque

Caudal

RPM (%) Caudal Presión Potencia

0 0,00% 0,00% 0,00%

10 10,00% 1,00% 0,10%

20 20,00% 4,00% 0,80%

30 30,00% 9,00% 2,70%

40 40,00% 16,00% 6,40%

50 50,00% 25,00% 12,50%

60 60,00% 36,00% 21,60%

70 70,00% 49,00% 34,30%

80 80,00% 64,00% 51,20%

90 90,00% 81,00% 72,90%

100 100,00% 100,00% 100,00%

110 110,00% 121,00% 133,00%

Leyes de Afinidad.

AHORRO DE ENERGÍA.

Ejercicio No. 1: Torre de Enfriamiento.

VARIADORES DE VELOCIDAD

VARIADORES DE VELOCIDAD

AHORRO DE ENERGÍA.

Ejercicio No. 1: Torre de Enfriamiento.

Potencia Ventiladores: 3 x 30Hp (3 x 22 kW)

El usuario utiliza sólo 2 ventiladores (arranque directo) ya que cubren suficientemente las demandas del sistema.

VARIADORES DE VELOCIDAD

AHORRO DE ENERGÍA.

Ejercicio No. 1: Torre de Enfriamiento.

Situación Actual.

a.- kWh que se consumen actualmente:Si los ventiladores trabajan 24/7 el consumo

anual en kWh/año es.

22kW x 2 x 24h x 365 días

= 385.440 kWh/año.

AHORRO DE ENERGÍA.

Ejercicio No. 1: Torre de Enfriamiento.

Situación Deseada.

b.- Para que tres ventiladores aporten el caudal de dos, deben rotar al 66% de su velocidad nominal. Así pues, por los tres ventiladores:

22kW x 3 x (0,66)³ x 24h x 365 días

= 166.219 kWh/año.

VARIADORES DE VELOCIDAD

AHORRO DE ENERGÍA.

Ejercicio No. 1: Torre de Enfriamiento.

Cálculo del ahorro en kWh.

c.- El ahorro anual en kWh es igual a:

385.440 – 166.219 = 219.221 kWh/año

VARIADORES DE VELOCIDAD

VARIADORES DE VELOCIDAD

EN BOMBEO DE AGUA

VARIADORES DE VELOCIDAD

EN BOMBEO DE AGUA

VARIADORES DE VELOCIDAD

EN BOMBEO DE AGUA

VARIADORES DE VELOCIDAD

Compresores reciprocantes

Oil Pressure Bock (reciprocating) Compressor

010203040506070

10 20 30 40 50 60 70

Hz

Presiones:

Mín: 4 PSI

Typ. 45 PSI

Máx: 60 PSI

Compresores reciprocantes

VARIADORES DE VELOCIDAD

Estimated life of reciprocating compressors

0

5

10

15

20

25

20 30 40 50 60 70

Hz

Year

s

La vida útil de las piezas mecánicas de un compresor reciprocante se incrementa en función de la disminución de la velocidad promedio del equipo.

VARIADORES DE VELOCIDAD

El consumo de energía en un compresor de pistón es proporcional a la velocidad del mismo.

Energy consumption Bock compressor

0

20

40

6080

100

120

140

20 30 40 50 60 70

Hz

% o

f Pow

er

Stage W/O VLT W/VLT

1/3 49,80% 28,80%

2/3 74,70% 64,90%

Full 100,00% 100,00%

VARIADORES DE VELOCIDADCompresores de tornillo

Load (%) Slide VLT

50 72 55

60 79,5 64

70 87 73

80 94,5 82

90 97,5 91

100 100 100

VARIADORES DE VELOCIDAD La vida útil de los compresores manejados por

Drives puede incrementarse hasta un 36,5%

Estimated ife of Screw Compressors

0

5

10

15

20

25

30

50 60 70 80 90 100

Capacity (%)

Year

s Slide

Drives

CASOS DE EXITO

AUTOMATIZACIÓNAntes era para mejorar procesos, ahora aplica al ahorro de energía

AUTOMATIZACIÓN

Eficientiza y optimiza el uso de energía; consume lo necesario para poder operarEvita el desperdicio de energía por tener operando motores en vacíoDe manera inteligente permite adecuar a las diferentes necesidadesMonitorea permanentemente el estado de la maquinaria, su desempeño y operación

GRACIASGUSTAVO CADENA BUSTAMANTE

GUSTAVO.CADENA@ELKON.COM.MX

TEL: (229) 935 1775, 935 1867

FAX: (229) 935 8139