AHORRO DE ENERGÍA EN MOTORES ELÉCTRICOS
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AHORRO DE ENERGÍA EN MOTORES ELÉCTRICOS
Ing. Gustavo Cadena Bustamante
24 de mayo de 2013
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USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA EN MOTORES ELÉCTRICOS
SELECCIÓN DE MOTORESMOTORES ALTA EFICIENCIA FACTOR DE POTENCIAVARIADORES DE VELOCIDADAUTOMATIZACIÓN
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DISTRIBUCIÓN DE LOS CONSUMOS DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
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MOTORES ELÉCTRICOS
Un motor eléctrico es una máquina que transforma energía eléctrica en energía mecánica.
78% DEL CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA
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MOTORES ELÉCTRICOS
CORRIENTE CONTINUA CORRIENTE ALTERNA
SERIEMOTOR COMPOUNDSHUNTSIN ESCOBILLASPASO A PASOSERVOMOTORSIN NÚCLEO
SÍNCRONO
ASINCRONO
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MOTORES ASINCRONOS
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MOTORES ASINCRONOS
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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%
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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
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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
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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
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FACTOR DE POTENCIA
Los motores requieren de potencia activa y reactiva para funcionar.
kWkVAR
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Medios de corregir el factor de
potenciaBancos de capacitores.Motores síncronos.Condensadores síncronos.Compensadores estáticos de VARS.
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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.
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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
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ObjetivoSubir el factor de potencia a 0.95 inductivo.
500 KVA
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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
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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
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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
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BANCOS DE CAPACITORES
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VARIADORES DE VELOCIDAD
Aplicaciones con alto potencial de ahorro presentes en la industria moderna
Ventiladores
Bombas
Compresores
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VARIADORES DE VELOCIDAD
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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
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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
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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
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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
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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.
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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.
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AHORRO DE ENERGÍA.
Ejercicio No. 1: Torre de Enfriamiento.
VARIADORES DE VELOCIDAD
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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.
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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.
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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
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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
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VARIADORES DE VELOCIDAD
EN BOMBEO DE AGUA
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VARIADORES DE VELOCIDAD
EN BOMBEO DE AGUA
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VARIADORES DE VELOCIDAD
EN BOMBEO DE AGUA
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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
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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.
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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%
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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
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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
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CASOS DE EXITO
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AUTOMATIZACIÓNAntes era para mejorar procesos, ahora aplica al ahorro de energía
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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
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GRACIASGUSTAVO CADENA BUSTAMANTE
TEL: (229) 935 1775, 935 1867
FAX: (229) 935 8139