Eficiencia energética en motores eléctricos AC

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Eficiencia Energética en Motores AC (Inducción – Jaula de Ardilla)

Senior Business Developer and Technical Leader

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La historia se va a repetir (estamos en cuenta regresiva para una tormenta perfecta)

Abril 15, 2015

Octubre 30, 2015

Febrero 26, 2016

Marzo 1, 2016

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La historia se va a repetir (… y sucedió)

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Entorno URE | Ley Marco 697 de 2001 El Uso Racional de la Energia (URE) se nutre de las iniciativas globales que propenden por la sostenibilidad.

Protocolo de Kyoto, de Montreal, Acuerdo de Rio, Minamata y COP21 (más reciente), incide en la conservación de los recursos naturales y del medio/ambiente.

Nuevas resoluciones gubernamentales enfocadas en la promocion de generacion de energia por el usuario final.

Los intereses legítimos de cada nación enfocados a la seguridad de las personas.

• • • •

Decreto 3683 de 2003 (reglamentario) Decreto 2688 de 2008 (modificatiorio) Ley 3450 de 2008 (prohibicion fuentes baja eficacia) Reglamentación Ley 1715 (en proceso por la UPME)

RETIE • Antecedente de los reglamentos actuales como RETILAP • Regla general sobre ciertos productos de iluminación

Resolucion 1511 de 2012 La proteccion del consumidor para asegurar que haya responsabilidad del productor.

• Programa Post-consumo de iluminacion • Antecedente de los RAEE

Calidad y Vigilancia del mercado • Estatuto de Protección al Consumidor • Decreto Unico 1074 de 2015

7/26/2018

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Beneficio ambiental Reducción de GEI proyecto

281 t CO2 eqv/año

54 carros fuera de circulación

Se hizo la consulta con derecho de petición a la UPME sobre el procedimiento para obtener algún beneficio tributario por la Ley 1715.

Aquí la respuesta….

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Beneficio ambiental https://www.epa.gov/energy/greenhouse-gas-equivalencies-calculator/

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Beneficio ambiental https://www.epa.gov/energy/greenhouse-gas-equivalencies-calculator/

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Marco legal

Ley 1715 de 2014 PAI – PROURE 2017-2022 Iluminación

Motores eficientes Sistemas de medición Aprovechamiento calor - CCHP ©Juan Pablo Jaramillo, C.E.M.

Si 3.6 TJ == 1 GWh (Meta para la industria)

2 198 610

TJprom/mes GWhprom/mes

¿Es posible lograr esto en 5 años?

Referencia(s): PAI PROURE 2017-2022

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Administración de la Energía

EL TEMA DE EFICIENCIA ENERGETICA HA SIDO POPULAR DESDE AL MENOS, 1918 CUANDO ESTE POSTER FUE PUBLICADO POR EL GOBIERNO NORTEAMERICANO. ©Juan Pablo Jaramillo, C.E.M.

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Administración de la Energía Conocerse internamente para administrar mejor los recursos 1

¿Cuándo les hicieron por ultima vez una auditoría energética? ¿Hubo una primera? ¿Así sea interna?

2

¿Tienen establecido el balance de energía y demanda de la planta y por procesos?

3

¿Su estructura de costos incluye con claridad los de energía?

4

¿Cómo están caracterizados sus consumos de energía eléctrica?

5

¿Tiene dudas respecto del grado de capacitación de su equipo de mantenimiento?

6

¿Cuál acción emprenden hoy para conservar la energía?

7

¿Tienen una estrategia energética definida dentro del plan estratégico de la organización en el corto y mediano plazo?

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Gerencia de la Energía Estrategia Energética Seguimientos costos de empresa proveedora

Medición y Verificación

Auditoría Energética

Programa de Gerencia de la Energía

Economía de la Energía

Proyectos de Energía

Análisis O&M Entrenamiento de la Compañía

Fuente: CEM Preparation course manual, AEE, 2015.

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Energía Renovable Demanda Energética ¿Ejemplos?

Fuente: Dr. Dennis Buffington, CEM. Department of Agricultural and Biological Engineering. Pennsylvania State University

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Las tres “frutas fáciles de alcanzar”

1. Sistemas Eléctricos y de Iluminación 2. Control de velocidad en sistemas de bombeo y/o ventiladores 3. Puntos de control en Sistemas de Aire Acondicionado

Balances de energía

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Lavoisier, enunció la ley de la conservación de la masa. Según ésta, los elementos ni se creaban ni se destruían, se conservaban. También se planteó la ley de la conservación de la energía, según la cual ni se creaba ni se destruía, se transformaba (la energía potencial que posee una piedra a diez metros de altura se transforma en energía cinética -movimiento- cuando la soltamos). Pero Albert Einstein propuso en su Relatividad que en realidad, energía y masa son equivalentes en su famosa fórmula: e = mc2

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Balances

Fuente: CEM preparation course manual, Appendix B, AEE, 2015.

Fuente: CEM preparation course manual, Appendix B, AEE, 2015.

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Sistemas eléctricos y motores “Los mejores sistemas motorizados son aquellos que entregan la potencia mecánica sólo cuando se necesita en el punto de operación óptima de un motor” ® Juan Pablo Jaramillo P.

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Eficiencia de motores 1. ¿Porqué fallan sus motores?

2. ¿Debo usar un variador o un arrancador suave?

3. ¿Necesito un variador de frecuencia o de control vectorial?

4. ¿Entiendo que los variadores pueden ser de torque variable o torque constante?

5. ¿Cómo afectan los variadores a los motores?

6. ¿Qué tanto conoce el peso de los motores en su planta?

7. ¿Qué tan efectivos son los mantenimientos o reparaciones a sus motores?

8. ¿Cuánto invierte en motores nuevos cada año?

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Definición de energía

P [W] P [W] V

La potencia mecánica (Sistema Internacional) mide la fuerza [Newton] aplicada a un cuerpo para moverlo una distancia [metros] y, teniendo en cuenta el tiempo que tomó hacer ese desplazamiento [segundos]. Velocidad = Distancia/tiempo.

La potencia eléctrica es la cantidad de energía que emite o absorbe un equipo en una unidad de tiempo. Se calcula multiplicando el voltaje aplicado por la corriente que circula a través del mismo.

Los motores eléctricos, por ejemplo, son máquinas que convierten la energía eléctrica en energía mecánica.

Las fuentes de luz, convierten la energía eléctrica en radiación electro-magnética visible (luz).

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DefiniciĂłn de energĂ­a

â‹… d ∆ BTU GJ TR (Ton Refr) CalorĂ­as ‌

â„Ž $ â„Ž Costo EnergĂ­a ($ / kWh)

AsociaciĂłn Colombiana de Ingenieros CapĂ­tulo Cundinamarca 120

DefiniciĂłn de energĂ­a

Demanda mĂĄxima: 100 kW

SAB - 20-ago SAB - 27-ago SAB - 2-sep

100

SAB - 3-sep

POTENCIA (DEMANDA) TRIFASICA (KW)

DOM - 21-ago DOM - 28-ago

InterpolaciĂłn polinomial de tercer orden

80

DOM - 3-sep DOM - 4-sep JU - 25-ago JU - 31-ago JU - 1-sep LU - 22-ago

60

LU - 29-ago

El ĂĄrea bajo la curva representa el diario consumo de energĂ­a estimado: Aproximadamente 1000 kWh/dĂ­a

LU - 4-sep LU - 5-sep MA - 23-ago

40

MA - 29-ago

⋅ d ∆ 20

Esta informaciĂłn permite obtener un dato concreto de % de horas efectivas

"# !

MA - 30-ago MI - 24-ago MI - 30-ago

Wh/ â„Ž$%& â„Ž/

MI - 31-ago VI - 19-ago VI - 26-ago VI - 1-sep VI - 2-sep

0 1

3

5

7

9

00

01

02

03

04

11 05

13 06

15

17

19

21

23

25

27

29

31

33

35

07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 SECUENCIA DATO (1-48) / HORA (0-23 HORAS)

37 18

39 19

41 20

43 21

45 22

47 23

PolinĂłmica (DOM - 21-ago)

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Eficiencia de motores

$

() * )$ +$ $ , %-í& 746

Ej: Calcular costo de operación:

En los EEUU, los motores consumen el 65% de la potencia industrial y el 30% al 50% de toda la potencia comercial.

Potencia = 60Hp Precio est = USD$3,000.00

En promedio el 95% del costo de un motor durante su ciclo de vida, se debe a sus costos de operación. Su costo inicial es un factor muy pequeño.

Sin embargo, quienes toman las decisiones continuan aprobando la compra de motores eléctricos únicamente basados en el precio.

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Eficiencia de motores Eficiencia nominal Ej: Calcular costo de operación: Potencia = 50Hp Precio kWh = COP $ 300.00 Estd = 91.7% | Ealta eff = 95% 2ℎ$%%$ 0.746 () 5 + 6

100 100 −

!89 ";8" <<

Leyenda Standards: IEEE 112-2004 IEC 60034-2-1:2007 CSA C390-10 JEC-37 BS-269 Fuente: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/04/f15/amo_motors_handbook_web.pdf | PREMIUM EFFICIENCY MOTOR SELECTION AND APPLICATION GUIDE | DOE/GO102014-4107 • February 2014

L

Porcentaje de carga dividido por 100

C

Costo electricidad ($/kWh)

N

Horas anuales de operación

Estd

Eficiencia motor existente

Ealta eff

Eficiencia motor reemplazo

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Estandares de referencia Resultados son Equivalentes entre si IEEE Std 112-2004

Muy reciente…

IEC 60034-2-1:2014

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Eficiencia de motores Eficiencia nominal

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Eficiencia de motores Eficiencia nominal El análisis de reemplazo depende de dos variables: 1. Horas de uso.

2. Potencia del motor: Entre más grande, mayor es la eficiencia y el costo de reemplazo.

Referencia: Baldor Electric Company - Specifier Guide

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Eficiencia de motores Eficiencia nominal ¿Cuál es la definición de eficiencia para una máquina eléctrica?

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PARAMETROS DE OPERACIÓN motores DATOS DE PLACA – motor IEC

Parámetro

Parámetro

Potencia

Eficiencia

Referencia

Estándar (IEC 60034-1)

# de fases Voltaje

Diagrama de conexiones Tamaño constructivo

Corriente Frecuencia RPM Factor de servicio Clase servicio Factor de potencia Temp ambiente Máx temperatura

IP (Proteccion ingreso agua y sólidos)

Msnm (masl)

Masa del motor

Clase aislamiento

Corriente de arranque

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PARAMETROS DE OPERACIÓN motores DATOS DE PLACA – motor nema

Parámetro

Parámetro

Potencia

Eficiencia

Referencia

Estándar (MG1-12)

# de fases

Diagrama de conexiones

Voltaje Corriente RPM Clase servicio Temp ambiente Máx temperatura

Tamaño constructivo Frecuencia Factor de servicio Factor de potencia IP (Proteccion ingreso agua y sólidos)

Msnm (masl)

Masa del motor

Clase aislamiento

Corriente de arranque

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Eficiencia de motores Eficiencia nominal Pero… la eficiencia de un motor depende de la carga que tiene el mismo….

Referencia: PREMIUM EFFICIENCY MOTOR SELECTION AND APPLICATION GUIDE

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Eficiencia de motores ¿Eficiencia nominal? Considerar todo como un solo sistema

T,w Pin

Alimentac eléctrica

Cableado al motor

Máquina

Transmisión

Motor

Alta temp

Lubricación

Vibración

Eficiencia (DOE)

Pout

$$

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Eficiencia de motores Calidad de energía 1. En motores el voltaje nominal debe estar entre +/- 10%.

Desde el punto de vista de eficiencia energética, cuando los motores operan por debajo del 95% del voltaje nominal, pierden entre 2-4 puntos de eficiencia.

2. El desbalance de fases se debe controlar y no superar el 5% para no “deratear” el motor.

% @ A&B&,C 100

D&E @ *&C*ó, $A% $B &G )%$ @*$ $B &G )%$ @*$

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Eficiencia de motores Ejercicio: ¿Qué pasa si a un compresor de aire IR a 460VAC se le alimenta con 440VAC?

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Eficiencia de motores

NTC 1340: Para Colombia, el suministro de red en un sistema debe estar dentro del +5% y -10%, es decir, 504 VL-L y 432 VL-L, para una tensión nominal de alimentación de 480 Vac. Las caídas de tensión (Voltaje entre fases), por debajo del límite inferior del 10% se dan todas entre V31.

Voltaje (Vac)

Límite Min 432Vac

Puntos de disparo por baja tensión = Pérdida de producción

V12

442

V23

442

V31

437

Vprom

440

V(%)

Desde el punto de vista de eficiencia energética, cuando los motores operan por debajo del 95% del voltaje nominal, pierden entre 2-4 puntos de eficiencia. Para este sistema, 2 pts de eficiencia implican mínimo COP $20MM al año extra en costos de energía, asumiendo 7200h de operación anual.

Referencia(s): • https://energy.gov/eere/amo/motor-systems • Torres,H; Acero, G; Flechas, J; Calidad de la Energía Eléctrica. ACIEM, 2001.

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Eficiencia de motores Las fases deben estar balanceadas en un rango máximo del 1% para no “deratear” los motores eléctricos.

En general, el desbalance arriba del 1% es casi permanente.

Max 1.31%

La variación entre fases es provocada por V31.

(Fases T y S).

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Eficiencia de motores