Seminario Eficiencia Energetica Rev1 4 b · PDF fileEjemplo: variadores de velocidad con...

26/11/2014

Propiedad de Fluke Ibérica, S.L. 1

Instrumentación

para la Eficiencia Energética

Instrumentación


Roberto PoyatoFluke Technical Sales Manager Ibérica

EMEA Power Quality Product Specialist

Licenciado en Ciencias Físicas especialidad Electrónica

Más de 18 años en mantenimiento de instalaciones

Más de 6 años realizando termografía

[email protected]

Roberto PoyatoFluke Technical Sales Manager Ibérica

EMEA Power Quality Product Specialist

Licenciado en Ciencias Físicas especialidad Electrónica

Más de 18 años en mantenimiento de instalaciones

Más de 6 años realizando termografía

[email protected]

26/11/2014


Instrumentación


Agenda

Introducción

Consumos eléctricos

Temperatura

Calidad del aire

Presión

Iluminación

Agenda

Introducción


Temperatura

Calidad del aire

Presión

Iluminación

La energía se puede presentar en diferentes formas

ElectricidadCalorPresión de fluidosMovimientoIluminación, etc.

Estas diferentes formas de energía implican diferente sistemas:

Líneas y cuadros eléctricosSistemas de aire comprimidoEnvolventes que mantienen una temperatura estableMotores y variadores de velocidad, etc.

Es decir, la eficiencia energética es una ciencia multidisciplinar queafecta a todas y cada una de las áreas de una empresa o actividad.

Introducción

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Por otra parte la eficiencia energética forma parte de lasdiferentes etapas de un sistema.

Diseño

Instalación

Operación

¡No es algo nuevo!

Pero ahora, la necesidad de ser más eficiente es mayor y ladisponibilidad de instrumentación más avanzada y más fácil deutilizar, abre nuevas posibilidades para la eficiencia y el ahorro.

Introducción

Climatización,Motores & Variadores

Iluminación, aire comprimido, sistemas de

vapor

Electricidad.Sistemas informáticos, líneas

de producción, etc.

Envolvente del edificio

Las mejoras se pueden dar en diferentes áreas de la instalación:

Áreas de trabajo

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Analizadores de Energía y Calidad Eléctrica

Los analizadores de Energía y Calidad Eléctrica son instrumentos demedida que nos van a permitir medir entre otros aspectos las potencias yenergías consumidas por las cargas eléctricas.

Existen muchos analizadores de calidad eléctrica en el mercado:

Sin embargo para el análisis de la eficiencia energética es recomendablela utilización de equipos combinados como el Fluke 434 SII o el Fluke 435SII que en un mismo instrumento combina un analizador de calidadeléctrica con un analizador de Energía.

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Varios modos de medir la potencia:

• Potencia Clásica

• Potencia IEEE 1459‐2010

• Potencia unificada

Medida de Potencia

• Originalmente, los métodos de cálculo de la potencia y energía fueron desarrollados por Steinmetz (1897).

• La norma IEEE1459‐2010 – Establece las definiciones para la medida de parámetros eléctricos para la medida de la potencia – se convierte en la norma en la Industria.

– También incluye las pérdidas de energía debido a armónicos y desequilibrios – medidas por todo el mundo, incluyendo el 430 Serie I

• En los últimos 10 años los clientes industriales quieren saber más acerca de:

– Calidad eléctrica deficiente debido a pérdidas de productividad

• En los últimos 5 años – los clientes demandan saber más acerca de:

– Los consumos de Energía

Steinmetz

Medida de Potencia. Historia

¿Cuál es el coste actual de unaCalidad Eléctrica deficiente?

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Tres fases:

Activa: PT = PA + PB + PC

Reactiva QT = QA + QB + QC

Aparente: ST = SA + SB + SC (aritmética)

ST = √(PT2 + QT

2) (vector)

Potencia Clásica (Steinmetz 1897)

Una potencia reactiva mayor implica que se requiere una mayor potencia por parte

del generador e instalación (VA)

Potencia Reactiva

(VAR)

Potencia Aparente

(VA)

Potencia activa(Watios)

La Potencia Clásica funciona bien si :

• El sistema es senoidal

– El contenido de armónicos es despreciable

• El desequilibrio es despreciable

– Desequilibrio por amplitud

– Desequilibrio por desfase

Potencia Clásica (Steinmetz 1897)

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Pero, ¿qué sucede si los armónicos y desequilibrios no son despreciables?

Intentos de ampliar o corregir la Potencia Clásica:

• Buchholz (1922)

• Budeanu (1927)

• Fryze (1932)

• Depenbrock (1960)

• Otros

Potencia Clásica

Medida de los armónicos, THD, FD

¿Cómo medir las diferencias con la forma de onda ideal?

Forma de onda distorsionada Senoide ideal

Armónicos

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FORMAS DE ONDA

‐400

‐300

‐200

‐100

0

100

200

300

400

0 5 10 15 20

TIEMPO

V (RMS)

50 Hz

150 Hz

350 Hz

Suma

Descomposición Serie de Fourier

Armónicos

Toda función periódica se puede descomponer como suma de formas de onda senoidales, cuyas frecuencias son múltiplos enteros de la frecuencia de la señal analizada.

Componente fundamental. La forma de onda senoidal cuya frecuencia coincide con la de la señal analizada.

Componentes armónicas. Las formas de onda senoidales resultantes con frecuencias múltiplos enteros de la frecuencia fundamental.

Jean-Baptiste-Joseph Fourier (21 de marzo 1768 Auxerre – 16 mayo1830 París), matemático y físico francés conocido por sus trabajossobre la descomposición de funciones periódicas en seriestrigonometricas convergentes llamadas series de Fourier.


Armónicos

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1 32 4Ordenarmónico

6...

Am

plitu

d

5

Fourier

Tbase=20 ms fbase=50 Hz Componentes senoidalesde frecuencia k•50

Señal no senoidal

C1 C3C2 C4 C5


Armónicos


• Los armónicos se caracterizan por su orden, su frecuencia, su secuencia y su fase

• La fase de un armónico se puede dar con respecto a la fase de la componente fundamental de la tensión, o a la fase del armónico de tensión correspondiente (depende del equipo de medida)

• En las instalaciones eléctricas generalmente no hay armónicos pares. Estos armónicos aparecen cuando en la forma de onda no hay antisimetría (simetría invertida entre los dos semiciclos de la señal)

Orden 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Frecuencia (Hz) 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Secuencia + - 0 + - 0 + - 0

Armónicos

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Amplitud relativa (Uh) de cada armónico con relación a la tensiónfundamental (U1)

Valor rms de cada armónico

Distorsión armónica total1

40

2h

2h

U

UTHD

Medida de los armónicos, THD, FD

Factor de Distorsión

TotalRMS

hh

U

U

FD

40

2

2

EVALUACION

Globalmente

Individualmente

Con Uh el valor rms correspondiente al armónico h

Tensión senoidal cuya frecuencia es un múltiplo entero de la frecuencia fundamental de la tensión de alimentación

Tensión armónica

Armónicos

Grado de desequilibro y simetría

I1

I2

I3

V1

V2

V3

Desequilibrios entre fases

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L2L1 L3

120º

120º

50 Hz

120º

- Distinta amplitud

- Desfase distinto de 120º eléctricos

Tensiones desequilibradas

UL1

UL2

UL3L3

L1


120º

120º

50 Hz

120º

UL1

UL2

UL3

130º

110º

50 Hz

120º

UL1

UL2

UL3

Sistema desequilibradoSistema equilibrado



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¿Cómo medir el desequilibrio de una instalación? ¿qué parámetros se deben MEDIR?

+ +

Secuencia positiva(L1 – L2 – L3)

Secuencia cero(L1=L2=L3)

Secuencia negativa(L1 – L3 – L2)



Grado de desequilibrio pos

negd U

Uδ

+ +Udir

Uinv U0

Grado de asimetría pos

ceroa U

Uδ


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Desequilibrios entre fases. MedidaDesequilibrios entre fases. Medida

Pero, ¿qué sucede si los armónicos y desequilibrios no son despreciables?

P(t) = V(t) * I(t)

V = V fundamental + V armónicas

V fundamental = V sec pos + V sec nega + V sec ceroI = I fundamental + I armónicas

I fundamental = I sec pos + I sec nega + I sec cero

P = (V sec pos + V sec nega + V sec cero + V armónicas)*(I sec pos + I secnega + I sec cero + IV armónicas) =

Potencia

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Originalmente publicada en 2000 :

Presidente: A.E. Emanuel

Actualizado: 2010

Proyecto de Definicionesestándar para la Medida de lasvariables de Potencia Eléctricabajo situaciones de redessenoidales, no senoidales,equilibradas o desequilibradas

Potencia IEEE 1459-2010

• Ventajas:

– Completa

– Matemáticamente correcta

• Desventajas:

– Muchos parámetros

– El significado físico no siempre es claro

– Utiliza un sistema sustitutorio virtual para los desequilibrios

• Demasiado académico para un uso práctico

Potencia IEEE 1459-2010

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• Desarrollada por los profesores Vicente León y JoaquínMontañana de la Universidad Politécnica de Valencia

• Unifica varias teorías de potencia.(el resultado es compatible con otras teorías p.e. IEEE‐1459)

• Descompone la Potencia total en componentes físicassignificativas (medibles con instrumentos físicos)

• Proporciona una visión directa de los problemas de pérdida deenergía

• Proporciona una visión directa en problemas de desequilibriosy armónicos

• Más adecuada para Ingenieros y Técnicos

Potencia Unificada

Descomposición de la potencia total:

u(t) = u+(t) + uU(t) + uH(t)

i(t) = i+(t) + iR(t) + iU(t) + iH(t)

p(t) = u(t).i(t) = pE(t) + pR(t) + pU(t) + pH(t)

activa reactiva desequilibrio armónica

Potencia Unificada

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Aspectos básicos de la potencia unificada:

• 1 Ф: Solamente la componente fundamental transporta potencia útil.

• 3 Ф: Solamente la componente de secuencia positiva transporta potencia útil.

• Solamente la reactiva fundamental es de interés.

• Todas las componentes armónicas se agrupan como potencia armónica PH y se considera como no deseada (pérdidas).

• Totas las componentes desequilibradas se agrupan como potencia de desequilibrio PU y se considera como no deseada (pérdidas).

Potencia Unificada

Potencia Clásica: ‐ sencilla pero limitada‐ compacta‐ familiar

Potencia IEEE : ‐ completa‐ extensa‐ difícil de comprender

Potencia Unificada: ‐ orientada a la aplicación‐ razonablemente compacta‐ ofrece diagnóstico

Medida de Potencia. Conclusión

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Fluke apoya y adquiere la patente de la Universidad Politécnica de Valencia

Potencia Unificada

Medida de Potencia. Conclusión

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• El Fluke 430‐II puede utilizar tanto el método clásico de cálculo como el indicado por la norma IEEE1459‐2010 – el usuario puede elegir.

• Las medidas clásicas se indican con el símbolo Σ (sigma).

• Se incluyen símbolos para la indicación del tipo de cargas inductivas (retraso) o capacitivas (adelanto) de acuerdo al cos phi

• Amplio rango de variables de potencia incluyendo potencias y energías directa y reversa.

El contador de energía se puede temporizar

Potencia y Energía

1. Verificar la factura eléctrica y el tipo de contrato.

2. Las compañías eléctricas facturan por potencia activakWh pero también pueden facturar por potencia reactiva,cos φ y demanda de pico

3. Registrar los consumos eléctricos (kW y kWh) en loscuadros principales y secundarios

4. Comparar resultados

5. Evaluar posibles penalizaciones por un cos φ bajo y porsuperar la demanda de pico (si aplicable)


Potencia Activa, Reactiva, Cos φ, P. Demanda

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37

Consumo de energía (kWh)

Los analizadores de calidad eléctrica y energía nospermiten medir tanto la potencia activa (kW) como laenergía consumida (kWh).


Potencia y Energía Activa

38

Consumo de energía (kWh)

Para la mejora de este apartado es fundamental laselección de equipos eficientes.

Ejemplo: variadores de velocidad con tecnologíaregenerativa que reinyectan energía del motor a lared, en vez de desperdiciarla.

El analizador de calidad eléctrica Fluke 435 SII escapaz de cuantificar de forma separada:

• el flujo total de energía• la energía consumida por la carga• la energía reinyectada por el variador de

velocidad en la red


Potencia y Energía Activa. Flujos de energía

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39

v

12 Aac • Las cargas inductivas, como motores,hacen que la forma de onda decorriente se retrase respecto a la detensión.

• Este desfase es medido por el cos φ• Aparece una potencia adicional

llamada potencia reactiva

39

Una potencia reactiva mayor implica que se la instalación tiene que ser

sobredimensionada para soportar toda la potencia aparente (VA).


Potencia reactiva. Penalización por Cos φ

Tarifas de la energía reactiva establecidas en el 2010, de acuerdo al

BOE 31/12/2009



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La utilización de baterías de condensadores permite mejorar el cos ϕ

y por tanto reducir la factura eléctrica

Iarm

C

L↑Iarm

Sin embargo se debe prestar

atención a posibles problemas

de resonancias debidas a los

armónicos

LC2

1fr



42

• El “pico de consumo o demanda” determina lasección del “conducto eléctrico”

• El pico de consumo es la lectura en kW mayor devarias mediciones consecutivas cada 15 minutos(la técnica varía dependiendo del proveedor)

• Los analizadores de calidad eléctrica y energía deFluke pueden promediar el consumo en kW enestos intervalos e informar del valor mayor


Pico de consumo o Demanda

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43

BOLETÍN OFICIAL DEL ESTADOJueves 31 de diciembre de 2009

BOLETÍN OFICIAL DEL ESTADO8 de noviembre de 2001



44

15 min 15 min 15 min 15 min 15 min

Total KW

Pico de demanda

• Gracias a analizadores como el 435 SII se pueden determinar

cuando se producen esos excesos de consumo a lo largo del día

• Desconectando cargas no necesarias en ese momento se puede reducir lafactura eléctrica.

• Por ejemplo, en un hotel se puede desconectar el sistema de aireacondicionado de 8 a 9.30 horas, para compensar el aumento de consumodebido al uso intensivo de los ascensores debido a la salida de los clientesde las habitaciones.



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La eficiencia del propio sistema de distribución eléctrica se veafectada por diferentes problemáticas asociadas a la calidad eléctrica

• Cargas que consumen comparativamente más potencia activa• Cargas que consumen potencia reactiva• Cargas que generan armónicos de corriente• Sistemas trifásicos desequilibrados• Corrientes por el neutro

Todas estas circunstancias dan lugar a mayores pérdidas porefecto Joule en las líneas de distribución del usuario, lo quese traduce en un incremento de la factura eléctrica en elapartado de potencia activa.


Ineficiencias en el Sistema de Distribución

I

Calculadora Pérdidas de Energía

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• Para el cálculo de las pérdidas resistivas sepuede introducir la longitud del cableado asícomo su sección.

• Se pueden introducir hasta cuatro tarifashorarias diferentes a lo largo del día.

• Las pérdidas en la instalación se muestranen diferentes apartados: resistivas, reactivas,armónicos, desequilibrio y neutro.

Calculadora Pérdidas de Energía

Kilowatios útiles (potencia) disponibles

Potencia Reactiva (no útil)

Potencia no útil debida a desequilibrios

Potencia no útil debida a armónicos

Kilowatios‐hora desperdiciados totales por año

Corriente de neutro

Información proporcionada

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Estos cinco valores son directamente calculados de acuerdo a IEEE 1459.


• Estos valores se generan a partir del método de Potencia Unificada para descubrir las pérdidas de energía en el sistema.

• El método de cálculo utilizado está patentado por Fluke.


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Kilowatios útiles (potencia) disponibles

Potencia Reactiva (no útil)

Potencia no útil debida a desequilibrios

Potencia no útil debida a armónicos

Kilowatios‐hora desperdiciados totales por año

Corriente de neutro


Fluke 435 SII. Calculadora de Pérdidas de Energía

• Para el cálculo de las pérdidas resistivas se puedeintroducir la longitud del cableado así como su seccióno utilizar el modo automático

• Se pueden introducir hasta cuatro tarifas horariasdiferentes a lo largo del día.

• Las pérdidas en la instalación se muestran en diferentesapartados: resistivas, reactivas, armónicos,desequilibrio y neutro.



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Subestación en un parque industrial

12.000 Euros de ahorro energético anual gracias a ajustes en la calidad eléctrica

• Las medias realizadas en el transformador de la subestación que alimenta al parque industrial revelaron unas pérdidas de energía de 353.6 kWh/día (valor promedio) debido a potencia reactiva.

• Solución: Instalar relés de control para desconectar elementos de la batería de condensadores durante la noche.

Planta de automóviles

42.000 Euros anuales de ahorros en energía

• Inspecciones en seis áreas clave como motores, y montaje mostraron unas pérdidas de energía significativas debido a problemas de calidad eléctrica.

• Solución: Actualizar el transformador e instalar condensadores y sistemas de regulación.

Ejemplo de grandes consumidores



1 Ohm

1 Ohm

1 Ohm

L1

L2

L3

N

Sencillo ejemplo de pérdidas en un sistema senoidal desequilibrado

1 Ohm

L1

L2

L3

N

1 Ohm 1 Ohm

Corriente por fase = 230 V / 1 Ohm = 230 APérdidas por fase = PL1 = PL2 = PL3 = I

2*R = 2302*R = 52.900*RCorriente por el neutro = 0 (cargas lineales equilibradas) Kirchhoff law. PN = 0Pérdidas totales en los cables =PT Unb = PL1+ PL2 +PL3 +PN = PT Bal = 3 * (I

2*R) = 3 * (2302*R) = 158.700*R

Corriente L1: 230 V / (1/3 Ohm) = 690 ACorriente fase L2 y L3 = 0 ACorriente N = 690 APL1 = P = IL1

2*R = 6902*R = 476.100*RPL2 = P = IL2

2*R = 0PL3 = P = IL2

2*R = 0PN = P = IN

2*R = 6902*R = 476.100*RPT Unb = PL1+ PL2 + PL3 + PN = 2*476.100*R = 952.200*R

PT Unb / PT Bal = 952.200*R / 158.700*R = 6 Las pérdidas en el s. desequilibrado son 6 veces superiores a las del s. equilibrado

A) V e I equilibradas A) I desequilibradas



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Cámaras Termográficas

El calor (o el frío) es otra forma de energía.

La utilización de termómetros, o mejor, cámaras termográficas nos permite:

• Ajustar los parámetros de trabajo de lasinstalaciones de forma óptima en funciónde las necesidades

• Detectar equipos ineficientes o conproblemas

• Visualizar flujos de calor que, por ejemplo,muestran pérdidas de energía porproblemas de asilamiento o filtracionesen la envolvente de edificios.


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La temperatura es una variable muy importante:

a) Forma parte de muchos procesos.Una temperatura más elevada de lo necesario no solo puede suponer unaumento del consumo de energía sino también el deterioro del productoo proceso.

b) La temperatura afecta a la vida de los equipos.Como regla general para muchos equipos, se puede mencionar que unaumento de 10ºC por encima de la temperatura de funcionamientorecomendada supone una reducción de la vida del equipo del 50%.


Es la tecnología que permite visualizar patrones de temperaturas usando

cámaras electrónicas especiales

Al contrario que las cámaras de luz visible, las cámaras termográficas creanimágenes de temperaturas. Miden la energía infrarroja (IR) radiada por uncuerpo y convierten dicha información en una imagen cuyos puntosrepresentan temperaturas.


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La cámara termográfica permite realizarfotografías infrarrojas (termografías) enlas que cada punto en pantallarepresenta una temperatura del objetofotografiado

Un código de colores (paleta) permitedistinguir temperaturas diferentes



La nueva familia de cámaras termográficas Fluke TiXX amplían lasposibilidades de mejora de la eficiencia energética tanto enaplicaciones industriales como comerciales gracias a sus nuevasfunciones.

Grabación de video radiométrico

Sistema libre de enfoque IR-OptiflexTM

Tecnología IR-Fusion® + AutoBlend TM

Sistema de anotación IR-PhotoNotesTM

Brújula electrónica

La grabación de video radiométrico permite ver la evolución térmica de los equipos

Sistema libre de enfoque IR‐OptiflexTM

Tecnología IR‐Fusion® + AutoBlend TM

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Conexiones deficientes:

La resistencia de contacto aumenta. Se disipa más calor por efecto Joule al paso de la corriente. El sistema no es eficiente. Consume más energía.Existe riesgo de cortocircuito e incendio

Instalaciones eléctricas

Termografía

Sobrecargas, armónicos, desequilibrios, cortocircuitos:

Los conductores están sometidos a un exceso de corriente.La potencia disipada (I2R) es proporcional ¡al cuadrado de la corriente!Se disipa más calor por efecto Joule y efecto SkinEl sistema no es eficiente. Consume más energía.Existe riesgo incendio


Termografía

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Termografía

Hay que tener en cuenta que las ineficiencias en los equipos setraducen normalmente en mayor calor disipado.

Simplemente por comparación, la termografía nos va a mostrar quéequipos son menos eficientes.

Como hemos visto al principio, la eficiencia energética comienza conel diseño de los equipos e instalaciones.

Los paneles fotovoltaicos y las bateríasproporcionan corriente CC

1. Los inversores convierten esa corriente CC en CA.

2. Para un funcionamiento óptimo, el inversor debeconfigurarse de acuerdo a la salida de los panelesfotovoltaicos , la cual cambia con el tiempo

– de lo contrario –

La instalación fotovoltaica no trabajará de formaeficiente

= se precisa medir periódicamente la entrada CC yla salida CA simultáneamente

Sistemas Fotovoltaicos

Eficiencia de inversores

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• Fluke 430‐II mide simultáneamente lapotencia de salida CC de los paneles FVy la potencia de salida CA del inversor.

• Las entradas de tensión y corriente L1,L2 y L3 miden la potencia CA – el canalde neutro (V&I) mide la potencia CC.

• Se precisa una sonda de corriente en laentrada de neutro para la medida decorriente CC.

• Midiendo la potencia de entrada ysalida del inversor se puede calcular laeficiencia.

• La eficiencia del inversor depende de:– Condiciones de carga y tensión de

entrada.– Temperatura de trabajo

Not the final picture

Sistema FV simple


Eficiencia de inversores

Los trazadores de curvas de paneles fotovoltaicos nospermiten verificar el estado del panel así comocomprobar el punto de trabajo en el cual seproporciona lamáxima potencia.

Se debe optimizar el funcionamiento de los sistemas fotovoltaicospara un rápido retorno de la inversión.


Trazadores de curvas paneles FV

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Aplicaciones eléctricas. Paneles fotovoltaicos.

Las células sombreadas o defectuosas se comportan como resistencias consumiendo energía y disipándola en forma de calor.El sistema no es eficiente. El panel no genera la energía proyectada. Se pierde dineroEl panel fotovoltaico se deteriora progresivamente afectando al sistema completo.


Termografía

¡3.500 euros anuales simplemente mejorando un 1% la eficiencia!

Fluke 435 SII permite medir de forma rápida y sencilla la eficiencia real del equipo ycompararla con las especificaciones del fabricante

Consideremos un sistema de alimentación ininterrumpida de 500 KVA. El seleccionarun SAI con una mejora en la eficiencia del inversor desde el 92% al 93%, ¡simplementeun 1%! podría suponer un ahorro anual de:

Ejemplo Sistema de Alimentación Ininterrumpida SAI / UPS

1% de la Potencia Activa:

500 * 0,8 * 1/100 = 4 kW

Reducción pérdidas energía anuales:

4 * 365*24= 35.040 kWh

Ahorro anual:

35.040 * 0,10 Euros/kWh = 3.504 Euros

Centros de Procesos de Datos

Eficiencia de inversores.

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Ejemplo Sistema de Alimentación Ininterrumpida SAI / UPS

Hay que tener en cuenta que los procesos de generación de frío son de los menoseficientes y por tanto cualquier mejora puede suponer un ahorro considerable.

Centros de Procesos de Datos

Termografía

A este ahorro se podría añadir también el ahorroasociado en el sistema de aire acondicionadodebido a la reducción del calor disipado (4 kW).

Sistemas electromecánicos

Más del 60% de la energía eléctrica consumida enindustrias se destina al funcionamiento de motoreseléctricos que accionan todo tipo de máquinas.

La eficiencia de los motores y máquinas se va a verafectada por diferentes problemas:

Alimentación eléctrica (desequilibrios de tensión,armónicos, etc.)

Problemas mecánicos (alineamiento de ejes,excesiva fricción en rodamientos).

Estos problemas se van a traducir en una mayorvibración y un calentamiento excesivo.

26/11/2014


Muchos de los problemas mecánicos en máquinas se traducen en mayores esfuerzos y fricción en las partes en movimiento.Una mayor fricción supone un calentamiento mayor de las piezasLos rodamientos se deterioran con el incremento de la temperatura.El sistema no es eficiente. Consume más energía.Existe riesgo de accidente.


Termografía


Termografía

Algunos problemas mecánicos son fáciles de detectar con la termografíay pueden ser resueltos y evitados adecuadamente con un buen plan demantenimiento que tenga en cuenta necesidades de lubricación,alineamiento de ejes, etc.

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Punto donde el fallo empieza a aparecer

Changes in Vibration P-F Interval 1-9 monthsFragmentos de desgaste en aceite P-F Intervalo 1-6 meses IR Thermography P-F Interval 3-

12 wksCuantitativo PM P-F Intervalo 5-8 semanas

Audible Noise P-F Interval 1-4 wks

Calor por contacto P-F Intervalo 1-5 días

F

P P1

P2 P

3 P4 P

5

P6

P = Fallo potencial

F = Fallo

Una ventaja importante del análisis de vibraciones es pronta detección de los problemas mecánicos.

Esto implica que en muchos casos se pueda corregir el problema antes de que este derive en un fallo irreversible

Es una tecnología MUY útil para máquinas rotatorias.

Espectro

Sistemas mecánicos

Análisis de vibraciones

El analizador de vibraciones Fluke 810 incorpora un sistema experto que analizalas secuencias de picos que aparecen en el espectro de frecuencias permitiendoidentificar cuatro patrones de fallo principales:

Desequilibrios

Holguras

Falta de alineamiento

Problemas en los cojinetes

Estos problemas contribuyen a aumentar la ineficiencia de los sistemasmecánicos, por lo que su detección puede reducir el consumo de energía deforma significativa.

Snap ring groove

Inner race

Inner ring

Cage

Outer race

Outer ring

Seal/shieldgroove & notch

Bore

Inner ringface

Outer ringface

Outsidediameter

Ball

Sistemas mecánicos

Análisis de vibraciones

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Problemas asociados a la envolvente

Problemas de aislamiento Infiltraciones de aire frío o caliente Puentes térmicos

Problemas asociados a los sistemas de climatización

Instalación y mantenimiento

Otros problemas asociados a la eficiencia energética

Humedades Sistemas eléctricos

La termografía puede identificar los patrones o variaciones de temperatura de las superficies relacionadas con los diferentes tipos de problemas.

Edificios

Termografía

Edificios

Termografía

Source: DOE - http://www1.eere.energy.gov/consumer/tips/home_energy.html Date Accessed: 4/20/2009

Ejemplo: Uso de la energía en los hogares

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Envolvente: Inspección de aislamientos

http://www1.eere.energy.gov/consumer/tips/insulation_sealing.html

El aislamiento es un elemento clave para laeficiencia energética de los edificios.

Con las cámaras termográficas podemosdetectar problemas asociados alaislamiento:

Falta de aislamiento

Deteriorado

Con humedades

Insuficiente

Edificios

Termografía

Las cámaras termográficas Fluke pueden identificar áreas donde falta el aislamiento o su rendimiento no es el adecuado

Se trata de una inspección no destructiva

Edificios

Termografía

Envolvente: Inspección de aislamientos

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Envolvente: Puentes térmicos y materiales

Edificios

Termografía

La paleta de arco-iris refleja un problema de aislamiento asociado al puente térmico. Se observan las perdidas a través del forjado de la entreplanta

http://www1.eere.energy.gov/consumer/tips/air_leaks.html

Las infiltraciones de aire son otra fuente depérdidas de energía para el edifico.

Estas se puede producir por:

Defectos en tejados

Tuberías

Conductos

Marcos de puertas y ventanas

Chimeneas y elementos de climatización

Interruptores y tomas de corriente

Grietas en uniones de estructuras

Etc.

Envolvente: Infiltraciones de aire

Edificios

Termografía

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Un flujo inadecuado del aire reduce significativamente laintegridad y rendimiento de la envolvente del edificio por lo quees un aspecto principal para el aumento del consumo de energíadel edificio así como también de una calidad del aire deficiente

Las infiltraciones de aire afectan a:

El consumo energético

El confort de los usuarios

La calidad del aire

Aspectos relacionados con la salud

En muchos casos la mejora del aislamiento y la reducción de lasinfiltraciones son la solución más efectiva para mejorar laeficiencia energética de los edificios.

Edificios

Termografía

Envolvente: Infiltraciones de aire

Sistemas de climatización

26/11/2014


Climatización

Termografía

Sistemas de climatización: Instalación y mantenimiento

Una cámara termográfica Fluke puedevisualizar problemas asociados al selladode los conductos de climatización, loscuales no son detectables a simple vista

El sellado inadecuado de los conductos declimatización puede dar lugar aineficiencias importantes en los sistemasde climatización (frío o calor)

Conductos de climatización

La eficiencia de los sistemas de climatización sepuede ver afectada por el correcto estado de lasconducciones y por el caudal de aire utilizado.

El Medidor de Presión y Caudal de Aire Fluke 922mide la presión diferencial y estática , velocidad ycaudal del aire para de esta forma determinar elestado de las conducciones.

De esta forma se puede analizar:

El estado de los filtrosLa presión de trabajoEl caudal de aire

La optimización de estos aspectos puede permitirimportantes ahorros.


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Los sistemas de climatización incluyen diferentes elementos (motores, compresores,sistemas de enfriamiento, etc.) que puede deteriorarse con el tiempo.

La termografía nos permite ver el comportamiento térmico de dichos elementos.Podemos comparar las imágenes térmicas de equipos semejantes o de un mismoequipo pero en diferentes momentos para detectar de esta forma diferencias defuncionamiento.

Aletas de enfriamiento obstruidas y una sección completa de un serpentín obstruido

o que funciona mal.



Un mala instalación hace que en invierno los radiadores no solo calienten el interior deledificio sino también la calle con el consiguiente incremento de la factura en calefacción.

Sistemas de climatización: Instalación y Mantenimiento

26/11/2014



La termografía permite encontrar fácilmente fugas en sistemas de calefacción por suelo radiante

Sistemas de climatización: Instalación y Mantenimiento


Apariencia NormalLínea de succión (negro = frío)Línea de descarga (blanco = muy caliente).

Apariencia anormalLa línea de descarga no estátan caliente. La línea desucción está poco fría.Aparentemente la unidadde A/C precisa ser recargada

En los sistemas de aire acondicionado A/C las fugas del gas refrigerante hace que los compresores no trabajen de forma eficiente:

La utilización de un pigmento fluorescente permite ladetección de los puntos de fuga de una forma sencilla,rápida y económica.

La linterna ultravioleta Fluke RLD2 permite detectar lasfugas del gas refrigerante en sistemas de calefacción,ventilación y aire acondicionado “HVAC”.

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Las zonas de trabajo deben estar diseñadas paraofrecer una climatización adecuada.

Un exceso de caudal o de temperatura en las salidaspuede suponer un sobrecoste importante einnecesario.

El Analizador de Calidad de Aire Fluke 975 permitecontrolar :

TemperaturaVelocidad, caudalHumedadCO2CO

El Fluke 975 es una herramienta completa para laevaluación de la calidad del aire y la eficiencia de lossistemas de climatización.



ITE 02.2.2 Calidad del aire interior y ventilación

Se deberán tener en cuenta las indicaciones yrecomendaciones de los diferentes reglamentos ynormativas existentes, por ejemplo el Reglamento deInstalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) y susInstrucciones Complementarias (ITE)

Una temperatura excesivamente baja o elevada puedesuponer un incremento considerable de la energíaconsumida además de unas condiciones dehabitabilidad deficientes.

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Sistemas de tuberías

Termografía.

El aislamiento correcto de las tuberías, válvulas, depósitos,etc. empleados para el transporte de fluidos tanto enprocesos industriales como comerciales juega un papelimportante a la hora de mejorar la eficiencia energética.

La inversión es comparativamente baja y en la mayoría de lasveces se recupera en menos de un año.

Las cámaras termográficas son instrumentos ideales para ladetección de este tipo de problemas.

Agua caliente y vapor

Termografía.

El agua caliente y el vapor son otras fuentes de energía. Su correcta gestión puede suponer un ahorro económico importante.

Una válvula defectuosa puede implicar además de riesgosde seguridad un coste adicional o la aparición dehumedades, etc.

Se pueden detectar problemas de aislamiento, obstruccióno depósitos en tuberías asociadas al transporte de vapor oagua caliente.

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Diferentes estudios muestran que es posible ahorrar entre un 20% y un 40%anualmente en la factura eléctrica de los compresores simplemente detectando ysellando las fugas de aire.Las fugas de aire son una fuente importante de despilfarro de energía en un sistemade aire comprimido, a menudo las fugas pueden suponer entre el 20% y el 30% de lasalida del compresor

Fuente: Departamento de energía de los EE.UU.www.compressedairchallenge.org/library/factsheets/factsheet07.pdf

Sistemas de aire comprimido

El aire comprimido es una de las formas deenergía más caras en las plantas deproducción. Muchas empresas no sonconscientes que el aire comprimido puedesuponer hasta un 10% de la factura total enenergía.


La siguiente figura muestra la conversión de energía eléctrica en un compresor.

Según diferentes estudios realizados las pérdidas producidas en un compresor soncuantiosas y sólo el 5% del total de la energía se convierte en aire a presión.

El resto, el 95% de la energía, se transforma en pérdidas mecánicas, calor, ruido etc.

Flujo de energía en un compresor

Energía Eléctrica 100% Energía en forma de aire comprimido: 5%

Energía perdida por refrigeración: 75%

Otras pérdidas de energía (ruido, radiación, fricción, etc.): 20%

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Aspectos clave:

• Registre los consumos de energía de los compresores. Utilice un analizador de Energía.

• No genere más presión de la necesaria, cuanta más alta sea la presión, más pérdidasse producen ya que el aire tendrá más facilidad de escapar por poros o pequeñosagujeros.

• No mantenga todo el sistema presurizado durantehoras no productivas

• Aísle por grupos los diferentes sistemas. Puedeutilizar válvulas de aislamiento manuales oautomáticas utilizando por ejemplo, sencillosdispositivos de control como temporizadores, etc.


• Evite las fugas. La eficiencia de una instalación de aire comprimido se puede mejorar reduciendo las fugas. Las principales fuentes de pérdidas de aire son:

Las fugas en mangueras, conexiones, herramientas, etc.Fallos mecánicos en válvulas, cilindros, etc.Sistemas de recogida de condensados y reguladores de presiónPuntos de drenaje y purgaConexiones de tuberías y problemas en válvulas de cierreEquipos conectados a la red de aire que no son utilizados

Emplee el detector ultrasónico para detectar fugas de aire comprimido ( o vapor).

Amprobe ULD‐300 Detector de fugas ultrasónico

Fluke PV350 Transductor de presión /vacío

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• Recuperación de calor

Entre un 80 y un 95% de la energía eléctrica consumida porun compresor se convierte en calor.

Un buen diseño de la unidad de recuperación de calorpuede recuperar alrededor de 50‐90% de toda esta energíatérmica residual y usarla para calefacción por aire o agua.

Fluke PV350 Transductor de presión /vacío

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Iluminación

Los avances en tecnología de iluminaciónproporcionan beneficios significativos.

La termografía muestra cómo las bombillas de incandescencia son menos eficientes que las lámparasde bajo consumo.

134,3 ºC 39,7 ºC

Iluminación

Distribuir y ajustar la iluminación correctamente puede reducir considerablemente elcoste asociado.

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101101

Sistemas de iluminación

Potencia y Energía Activa. Armónicos

Los nuevos sistemas de iluminación presentan un menor consumo encomparación con las bombillas de incandescencia tradicionales pero hayque prestar atención a la mayor reinyección de armónicos de corriente.

Los antiguos fluorescentes utilizabanbalastros magnéticos de gran tamaño y pesoque causaban en algunos casos un zumbidodesagradable.Dada la necesidad de reducir el tamaño, lamayoría de las lámparas fluorescentescompactas de hoy en día utilizan balastroselectrónicos que funcionan a frecuencias másaltas, eliminando el zumbido o murmullo,pero hay que tener en cuenta que laelectrónica que incorporan hace que secomportar como una carga no lineal, por lotanto, generando corrientes armónicas.

Fuente: U.S. EPA/ DOE Energy Star Program. “Learn About Compact Fluorescent Light Bulbs” http://www.energystar.gov/index.cfm?c=cfls.pr_cfls_about

Sistemas de iluminación

Potencia y Energía Activa. Armónicos

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Un exceso de iluminación puede aumentar el consumode energía, y una luz insuficiente puede causar estrés yproblemas de salud en el personal.

Luxómetro Amprobe LM‐120

Para determinar la eficiencia de los sistemas deiluminación, lo que necesita saber es la cantidad de luzdisponible y el volumen del espacio.Utilice un luxómetro y un medidor láser de distancias yáreas para calcular la iluminación óptima.

Fluke 416D medidor láser de distancia, superficie y volumenLuxómetro Amprobe LM‐120

Iluminación

La eficiencia energética implica muchasveces la automatización de losprocesos. Esto supone el uso de cadavez más sensores, transductores,controladores.

La eficiencia del proceso dependeentonces del correcto funcionamientode estos elementos.

Pequeños errores de medida puedendar lugar a procesos más costosos.

La verificación o calibración de losinstrumentos de medida esfundamental para la eficiencia delproceso.

Procesos. Calibración

26/11/2014



¿Qué es calibrar?

Conjunto de operaciones necesarias para determinar lasdesviaciones de la lectura de los instrumentos de medida enrelación con un patrón aceptado

Calibrar Verificar

Ajustar


Los calibradores y equipos para calibraciónpermiten verificar el correcto funcionamiento desensores, transductores e instrumentación engeneral, de forma que las plantas trabajen deforma óptima y eficiente

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Instrumentación


Estos son solo algunos ejemplos de cómo utilizar la instrumentación demedida para la mejora de la eficiencia energética.

Los áreas de trabajo son amplias

Las mejoras y ahorro de costes también lo pueden ser

¡El primer paso es querer mejorar, elsiguiente medir y cuantificar los posiblesahorros!

¡Muchas gracias!

Instrumentación


Seminario Eficiencia Energetica Rev1 4 b · PDF fileEjemplo: variadores de velocidad con...

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