Potenciales de Ahorro Energético Con Motores Eléctricos (1)

8/16/2019 Potenciales de Ahorro Energético Con Motores Eléctricos (1)

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Potenciales de ahorro energéticocon motores eléctricosFiliberto Bojacá

I DT LD P – Tenjo Colombia


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Conceptos generales



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2013-11-08Páge 3 Bojacá/ I DT LD

Conceptos Generales “Eficiencia”

Un Motor

Transforma

Energía eléctrica en Energíamecánica.

Energía

mecánicaPérdidas

Energía

Eléctrica

Eficiencia =P. de salida

P. de entradaEficiencia =

Pérdidas1 -

P. de entrada


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Flujo de Potencia


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Determinación de la eficiencia



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Determinación de la eficiencia en losmotores


7/662013-11-08Páge 7 Bojacá/ I DT LD


http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_5/url?q=http://sites.ieee.org/r9-sac/ieee/&sa=U&ei=6uFsU6riComAywPyyoKgAg&ved=0CDAQ9QEwAQ&usg=AFQjCNEEfkRrHy6tT2LIGbgM66Xh5DLtIQhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_5/url?q=http://www.iecee.org/&sa=U&ei=sd9sU7G5L6ODywOYhIHgAg&ved=0CC4Q9QEwAA&usg=AFQjCNEKqWsohBlRU4Ru0q9Nz1F1TD1M4Q



Característica Requerimiento

Sistema de alimentación

Coeficiente de distorsión armónica THD ≤ 0,05

Desbalance de tensión ≤ 0,5%

Variación de frecuencia sin carga ≤ ±0,1%

Variación de frecuencia durante los ensayos ≤ ±0,3%

Sistema de medición

Precisión de los instrumentos ≤ ± 0,2% FS

Precisión de los transformadores (PT, TC) ≤ ± 0,3% FS

Precisión conjunto instrumento y trafo. ≤ ± 0,2% FS

Precisión en la medición de velocidad ≤ 1 rpm

Precisión en la medición de temperatura ≤ 1° C

Condiciones para la ejecución de los ensayos





• Laboratorio con condicionesambientales conocidas

• Dinamómetros de carga

• Instrumentos de medida de

alta precisión (eléctricos ymecánicos)

• Personal capacitado

Condiciones para la ejecución de los ensayos



Instrumentación




Equipos de alta precisión




Condiciones ambientales

25° C

1000msnm

2600msnm

20° C

Correcciones




Secuencia de ensayos

Medición de Resistencia a temperatura ambiente

Temperatura a carga nominal

Con Carga

Sin Carga




Medición de Resistencia a temperatura ambiente

•Medición de resistenciaeléctrica de devanadosestator (Terminales)

•

Microhmetro•Tiempos de Medición

•Resistencia y temperaturade referencia paracorrecciones

•Calculo de la resistencia delos devanados durante losensayos

Determinación de la eficiencia en los motores



Ensayo de temperatura a carga nominal•Estabilización Térmica

•Estabilización dePotencia

•Valor de aumento detemperatura

•Carga, tensión yfrecuencia Nominal

•Variaciones no mayores

a 1°

C en intervalos de30 min.

•Valor de aumento detemperatura en el motor




Ensayo con Carga•Variación entre 150% y 25% de lacarga nominal

•Restricción en variación detemperatura durante el ensayo

•Tensión y Frecuencia nominal

•Perdidas eléctricas en losdevanados I2R



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Ensayo con CargaCálculo de perdidas residuales

Potencia de entrada-Pérdidas convencionales-Potencia de salida



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Ensayo sin carga

•Ensayo sin carga

•Variación entre el 125% y el20% de la Tensión Nominal

•Frecuencia Nominal

•Estabilización de potencia

•Perdidas magnéticas en el

•Perdidas por fricción yventilación



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Ensayo sin carga



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Desarrollo motores eficientes



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NEMA / IEEEIEC

Normalización en eficiencia en motores


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Desarrollo de laeficiencia en motores

en USA



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Standard

Designación NEMA - MG1Premium Efficient

Energy Efficient

CLASIFICACION DE LOS MOTORES SEGUN SU EFICIENCIA

Norma NEMA - 4 Polos

75.0

80.0

85.0

90.0

95.0

100.0

0 . 7 4

6

1 . 4 9 2

3 . 7 3

7 . 4 6

1 4 . 9 2

2 2 . 3 8

3 7 . 3

5 5 . 9 5

9 3 . 2 5

1 4 9 . 2

2 2 3 . 8

2 9 8 . 4

3 7 3 . 0

P(kW)

E f ( % )

Standard

Premium Efficient

Energy Efficient

Normalización en motoresDesignación NEMA – MG1


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Qué es EPACT?

•Significa Energy Policy Act.

•Es una ley de USA (Public Law 102-486) sancionada el 24.Oct.1992

•Estableció que todos los motores de propósito general que se vendieran enel país a partir del 24.Oct.1997 deberían cumplir una eficiencia mínimaestablecida por la norma NEMA - MG1

Requerimiento EPACT - 1992


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A quémotor es ap lic a?

Motores de propósito general, de una velocidad, montados sobre patas, deservicio continuo y de inducción jaula de ardilla.

Diseños Nema A y B.

De 1 a 200 HP

2, 4 y 6 polos

Abiertos y cerrados



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A quémoto res NO apli ca?

Motores de propósito definido especial.

Diseños Nema C y D.

De CC, sincrónicos, imanes permanentes, de reluctancia, polos sombreados, de rotordevanado.

Motores de varias velocidades.

De montaje vertical

Reconstruidos o reparados



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• No se aceptan motores de las categorías Standard y Energy Efficient. Solamente seacepta la categoría Premium Efficient

Desarrollo motores eficientes en USAEstado actual

Standard

Designación NEMA - MG1

Premium Efficient

Energy Efficient

• En Mar.2015 entra en vigencia la regulación de motores eficientes para motoresmonofásicos y motores de pequeñas potencias


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Desarrollo de laeficiencia en

motores en Europa



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• Qué es CEMEP?

Significa European Committee of Manufacturers of Electrical Machines andPower Electronics.

Siemens AG hace parte de este comité

Este comité suscribió un acuerdo voluntario en Mayo.2000 con el objetivo de

reducir al menos al 50% a finales de 2003, la venta de los motores con bajaeficiencia.

Acuerdo CEMEP


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A quémoto res ap lica el acu erdo?

• A motores totalmente cerrados, IP54 o IP55.

•Trifásicos de corriente alterna, de inducción jaula de ardilla

•De 1.1 a 90 kW, de 2 y 4 polos

•Servicio continuo

•Diseño estándar ( Tipo N)

Acuerdo CEMEP


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• A quése comprometieron conc retamente?

A clasificar los motores en tres categorías: eff1, eff2 y eff3.

A indicar en los catálogos la eficiencia a plena carga y a ¾ de la misma. (Estameta se debió cumplir en Jun.2000 para 4 polos y en Dic.2000 para 2 polos)

A indicar en la placa la categoría del motor. (Las metas fueron iguales)

Aumento del mercado de los motores eff2 y eff1, y disminución de los eff3

Acuerdo CEMEP


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CLASIFICACION DE LOS MOTORES SEGUN SU EFICIENCIA

Norma CEMEP - 4 Polos

75,0

80,0

85,0

90,0

95,0

100,0

1,1 1,5 2,2 3,0 4,0 5,5 7,5 11,0 15,0 18,5 22,0 30,0 37,0 45,0 55,0 75,0 90,0

P (Kw )

E f ( % )

eff3eff2

eff1

eff3

Designación CEMEP

eff1

eff2

Acuerdo CEMEP


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• A quése com prometieron co nc retamente?

Motores de Reducción 30% eff3 Reducción 50% eff3

2 polos * 31.Dic.2002 31.Dic.2003

4 polos ** 31.Dic.2001 31.Dic.2003

* Base año 1999

** Base año 1998 A monitorear el avance de lo planeado en el mercado a través de unasecretaría estadística de CEMEP.

Acuerdo CEMEP


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Nota tomada de la norma: El nivel IE4 está actualmente bajo consideración ypor tanto no tiene valores límite asignados. Se tiene la expectativa que paradefinir estos valores se reduzcan en un 15% las pérdidas respecto a IE3, peroseguramente se requieren nuevos desarrollos tecnológicos para lograrlo

IE4 Super-Premium

IE3 PremiumIE2 High

IE1 Standard

Designación IEC 60034-30

Clasificación IE – Niveles de eficiencia

Norma IEC 60034- 30


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IEC 60034-30 – Niveles de eficiencia

Norma IEC 60034- 30


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Clasificación de los motores por eficiencia


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• No se aceptan motores de la categoría Standard (IE1). Solamente se aceptan lascategorías High Efficiency (IE2) y Premium Efficiency (IE3)

Desarrollo motores eficientes en EuropaEstado actual

• A partir de 2015 no se aceptan motores IE2. Se aceptarán únicamente si operancon variador de velocidad.

IE4 Super-Premium

IE3 Premium

IE2 High

IE1 Standard

Designación IEC 60034-30


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Desarrollo de laeficiencia enmotores enColombia

Situación en Colombia


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Regulaciones en Colombia

PROGRAMACONOCE


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Programa CONOCE

• Programa de normalización, certificación y etiquetado.

• Su objetivo es impulsar la utilización de tecnologías eficientes en usos finalesde energía y dinamizar su mercado en el país a través de estrategias de tipocultural y comercial.

•Estan incluidos los motores eléctricos de corriente alterna



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UPME LISTA DE

EQUIPOS DE

USO FINAL DE

ENERGIA

OBJETO DELPROGRAMA

I N F O R M A C I O N

ENERGETICA

TECNOLOGICA

AMBIENTAL

DE MERCADO

REGULATORIA

NORMALIZACIÓN


Fuente: Programa CONOCE- Minenergía


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Equipos refrigeradores para uso doméstico

· Equipos refrigeradores para uso comercial

· Balastos electromagnéticos para tubos fluorescentes

· Balastos electrónicos

· Bombillas fluorescentes compactas

· Bombillas fluorescentes circulares

· Bombillas fluorescentes tubulares de 1 casquillo

· Bombillas fluorescentes tubulares de 2 casquillos

· Bombillas de vapor de sodio alta presión

· Bombillas de mercurio· Aire Acondicionado para recintos

· Calentadores eléctricos para almacenamiento de agua

Motores eléctricos de corriente alterna



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LISTA DEEQUIPOS DE

USO FINAL DE

ENERGIA

OBJETO DEL

PROGRAMA ICONTEC

NTC de

Eficiencia

Energética




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NTC 5105

Eficiencia energética en motores eléctricos de inducción.Rangos de eficiencia y rotulado.



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SIC

Marco

Regulatorio

ACREDITACION DE ENTESCERTIFICADORES

RECONOCIMIENTO DELABORATORIOSINTERNACIONALES

ACREDITACION DELABORATORIOS EN COLOMBIA




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LABORATORIOSRECONOCIDOS O

ACREDITADOS PORLA SIC

NTC de

Eficiencia

Energética

ORGANISMOCERTIFICADORRECONOCIDO O

ACREDITADO POR LASIC

Certificado deconformidad




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MarcoRegulatorio

Normas de

Eficiencia

Energética

EntidadCompetente

Reglamentos

Técnicos




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PreparaciónPRT

3 Versiones

Final 2009

Notificacióna la OMC

Promoción de

la participaciónciudadana

Jul.2010

Presentación

versión final

14.Jul.2010

Reglamento Técnico de Etiquetado- RETIQ


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Exige la colocación de una etiqueta declarando la eficiencia de los motores y su

clasificación (etiqueta URE)

La clasificación está basada en la norma IEC 60034-30

Aplica tanto a motores de fabricación nacional como a importados

Aplica a motores trifásicos y monofásicos

La etiqueta está definida en su contenido y dimensiones

Entrará en vigencia 6 meses después de su publicación en el diario oficial

Temporalmente se aceptarán declaraciones de primera parte respecto al cumplimientode los requisitos



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RANGO

Límite inferiorEficiencianominal

(incluido)

Límite superiorEficiencianominal

(no incluido)

DESIGNACIÓNCLASE DE

EFICIENCIA

A Valores IE4 100% Eficiencia SuperPremium

B Valores IE3 Valores IE4Eficiencia

Premium (IE3)

C Valores IE2 Valores IE3Eficiencia Alta

(IE2)

D Valores IE1 Valores IE2 Eficienciaestándar (IE1)

E 60% Valores IE1 Baja eficiencia


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Regulaciones en Colombia


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Resolución 0186 Minambiente


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Potenciales de ahorro energético



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OrganizationalMeasures

Boilers

Heating & WarmWater Distribution

Transportation

Lighting

Air Compressors

OfficeEquipment

ProcessEfficiency

EnvironmentalEquipmentBuilding Insulation

Cooling

Motors & Drives

AirConditioning

ElectricalEnergy

Steam

Cooling

Heat Compressed Air

GasWater

Heat Recovery

Energies and applications in the industrial process

The variety of different products and methods employed in the industrial production ,as well as the highly sensitive production processes, depend on a reliable and efficient supplyof power.


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Proceso producción de azúcarUsos d e la energía

f 0% f


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Drives Account for Approximately 70% ofElectric Energy Consumption in the Industry*)

Reduction of energy demand:

• Reduced production costs

• Increased productivity

• Increased efficiency

• Reinforced competitive advantages

*) Source: Energie Agentur NRW (2010)

“From cost factor to success factor” The entire drive chain has to be analyzed for realizing an overall energy demand reductionof electric drives

Electric energy demand

e.g. Germany Industry

Traffic 3%

Industry

Buildings, etc.

Households

43%

27%

27%

Electric drives

Lighting, IT, etc.

70%

30%


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Potenciales de ahorro

"From cost factor to success factor” The entire drive chain has to be analyzed for realizing an overall energy demand reductionof electric drives

*) Source: ZVEI, electric drives division (2008)

Motors

Increase of the share of energy-efficient motors As of 2011: Statutory minimum efficiency class IE2 (EFF1) in

Europe Yet, statutory regulations should only be implemented where

reasonable!

Speed control

Considerable increase of the share of speed-controlled drivesystems with frequency converters from approx. 25% today

System approach

Introduction of LCC analyses (lifecycle costs)(role model function in public procurement)

Fixed-speed drive

Variable-speed drive

System optimization

… instead of mechanical control!

Saving potentialsComponent and system approach

Fixed-speed drive

Variable-speed drive

System optimization

Saving Potentials

Increasing Use ofenergy efficient motors

Electronical SpeedControl instead ofmechanical control

System Optimizationof the complete System

/ Machine

Potenciales de ahorro – Cambio


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Potenciales de ahorro – Cambiode nivel de eficiencia

IE1

IE2

IE3

Potenciales de ahorro – Cambio


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Potenciales de ahorro – Cambiode nivel de eficiencia

Potencia nominal kW 55

Potencia nominal HP 73,7265416Eficiencia IE1 % 93,0

Eficiencia IE2 % 94,1

Eficiencia IE3 % 95,4

Pérdidas IE1 kW 4,140



Horas de servicio al día h/día 24

Días de servicio al año día/año 365

Energía consumida en un año IE1 kWh/año 518.065

Energía consumida en un año IE2 kWh/año 512.009Energía consumida en un año IE3 kWh/año 505.031

kWh/año 6.056

% 1,2%

kWh/año 6.977

% 1,4%

kWh/año 13.033

% 2,5%

Precio del kWh COP/kWh 235

Ahorro IE2 vs IE1 COP/año 1.423.769



Costo del motor IE1 COP 6.000.000



Payback con motor IE2 años 5

Payback con motor IE3 años 3

Payback valor adicional IE2 vs IE1 años 0,7



Ahorro IE2 vs IE1

Ahorro IE3 vs IE1

Ahorro IE3 vs IE2

Potenciales de ahorro – adicionar


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Potenciales de ahorro adicionarvariador de velocidad

= punto de operación

Q

H

Q

H

Q

H

Bomba Sistema

H = Altura

Q = Flujo

bá i d l b b


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Leyes básicas de las bombas

El flujo es proporcional a la velocidad del eje:

La presión estática es proporcional al cuadrado de la

velocidad del eje:

La potencia eléctrica absorbida por el motor de la bomba

es proporcional al cubo de la velocidad del eje:


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Potenciales de ahorro –


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redimensionamiento del motor

• Motor funcionando abaja carga

• Eficiencia menor

Curva de Eficiencia Motor 10HP - 2 Polos

79,00

80,00

81,00

82,00

83,00

84,00

85,00

86,00

87,00

88,00

89,00

90,00

91,00

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

Carga [%]

E f i c i e n c i a [ % ]

• Motorfuncionando amejor condicióncarga

• Eficiencia mayor


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Thanks !

Filiberto Bojacá

I DT LD

Autopista Medellín km 8,5Tenjo - Colombia

Teléfono: ++ 57 (1) 294 2569

E-mail: [email protected]

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mailto:[email protected]:[email protected]

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