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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
MOTORES ALTA EFICIENCIA
Ing. Alejandro Rueda Albino
JULIO DE 2017
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
El ahorro de energía en motores eléctricos es trascendental en los programas de Eficiencia Energética
Los motores eléctricos absorben entre el 60% al 70% dela demanda de energía en el sector industrial
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
— Eficiencia (η)
— La eficiencia de un motor eléctrico es la medida (porcentaje) de suhabilidad para convertir la potencia eléctrica que toma de la red enpotencia mecánica útil.
h = (Potencia Mecánica / Potencia Eléctrica)X100
¿Qué es eficiencia?
PotenciaMecánica(HP)Potencia
Eléctrica(KVA)
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
ENERGÍA ELÉCTRICA
100%
INDUSTRIAL
58.8%DOMÉSTICO
25.4%COMERCIAL Y SERVICIOS
7.5%MUNICIPAL
3.8%AGRÍCOLA
4.5%
ILUMINACIÓN
MOTORES
REFRIGERACIÓN
AIRE ACONDICIONADO PROCESOS
5% 36%
7.8%
10%
7%
4.4%
7%
7%
3%
2%
2.5%
3% 4.5%
18%46%
17%9% 10%
0.8%
Distribución delConsumo
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Efecto del Cambio de un Motor de 1Hp por uno de Eficiencia Premium…
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
SERIE
SERIE - PARALELO(COMPOUND)
PARALELO(SHUNT)
CORRIENTE DIRECTA UNIVERSAL
SINCRONO
JAULA DE ARDILLA
ROTOR DEVANADO
POLIFASICOS
MONOFASICOS
CAPACITOR PERMANENTE
POLOS SOMBREADOS
FASE DIVIDIDA
REPULSION
MONOFASICOS
INDUCCION
CORRIENTE ALTERNA
MOTORES ELECTRICOS
Características Eléctricas
Clasificación Motores Eléctricos
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
CONSTANTE
ROTOR DEVANADO
SINCRONO
FUENTE ELECTRICA
CORRIENTE DIRECTA CORRIENTE ALTERNARECTIFICADA
VOLTAJE AJUSTABLE CICLOS VOLTAJE
120 240 500 OTROS 25 50 60 400 220 440
OTROS
2300 4160 7000TIPO DE MOTOR
CORRIENTE DIRECTA CORRIENTE ALTERNA NUMERO DE POLOS
2 4 6 8 10
12 14 16 20 22
24 26 28 30 32 OTROS
SHUNT
SERIE
COMPUESTO
POLIFASICO
JAULA DE ARDILLA
INDUCCIONSINCRONO
Características Eléctricas
Clasificación Motores Eléctricos
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Eficiencia Norma aplicable
STD AE STD AE STD AE1 74.0 76.7 74.0 76.0 74.3 76.0 78.0 81.7 81.7
1.5 77.3 80.9 77.3 79.5 77.8 79.5 82.3 86.0 86.02 78.8 82.9 78.8 82.1 78.9 82.1 84.3 86.8 86.83 79.5 83.6 79.4 83.0 77.1 83.0 86.1 88.5 88.55 82.8 85.8 82.8 85.1 82.6 85.1 87.0 89.2 89.2
7.5 84.3 86.8 84.0 86.5 84.3 86.5 88.3 90.7 90.710 85.1 88.2 85.1 87.5 85.4 87.5 89.3 91.0 91.015 85.6 89.0 85.6 88.5 86.0 88.5 90.0 91.7 91.720 86.3 89.7 86.3 89.4 86.8 89.4 90.2 91.9 91.925 87.1 90.4 87.1 90.3 87.3 90.3 91.2 92.8 92.830 88.1 90.8 88.1 90.4 88.2 90.4 91.5 92.8 92.840 88.5 91.3 88.5 91.0 88.9 91.0 92.2 93.5 93.550 89.1 91.3 89.1 91.3 89.4 91.3 92.5 93.9 93.960 89.6 92.2 89.6 92.0 90.1 92.0 93.0 94.4 94.475 90.0 92.9 90.0 92.9 90.2 92.9 93.4 94.5 94.5100 90.5 93.2 90.5 93.2 90.8 93.2 93.8 94.8 94.8125 91.0 93.2 91.0 93.3 91.4 93.3 94.2 95.1 95.1150 91.4 93.6 91.4 93.7 91.5 93.7 94.5 95.5 95.7200 92.0 94.0 92.1 94.2 92.0 94.2 94.8 95.8 95.9250 - - - - - - 95.0 95.9 95.9300 - - - - - - 95.3 95.9 95.9350 - - - - - - 95.3 95.9 95.9400 - - - - - - 95.4 95.9 95.9450 - - - - - - 95.4 95.9 95.9500 - - - - - - 95.6 95.9 95.9
NOM-1985Sello Fide PremiumHP
NOM-1994 NOM-1997NOM-2002
STD AE STD AE STD AE1 74.0 76.7 74.0 76.0 74.3 76.0 78.0 81.7 81.7
1.5 77.3 80.9 77.3 79.5 77.8 79.5 82.3 86.0 86.02 78.8 82.9 78.8 82.1 78.9 82.1 84.3 86.8 86.83 79.5 83.6 79.4 83.0 77.1 83.0 86.1 88.5 88.55 82.8 85.8 82.8 85.1 82.6 85.1 87.0 89.2 89.2
7.5 84.3 86.8 84.0 86.5 84.3 86.5 88.3 90.7 90.710 85.1 88.2 85.1 87.5 85.4 87.5 89.3 91.0 91.015 85.6 89.0 85.6 88.5 86.0 88.5 90.0 91.7 91.720 86.3 89.7 86.3 89.4 86.8 89.4 90.2 91.9 91.925 87.1 90.4 87.1 90.3 87.3 90.3 91.2 92.8 92.830 88.1 90.8 88.1 90.4 88.2 90.4 91.5 92.8 92.840 88.5 91.3 88.5 91.0 88.9 91.0 92.2 93.5 93.550 89.1 91.3 89.1 91.3 89.4 91.3 92.5 93.9 93.960 89.6 92.2 89.6 92.0 90.1 92.0 93.0 94.4 94.475 90.0 92.9 90.0 92.9 90.2 92.9 93.4 94.5 94.5100 90.5 93.2 90.5 93.2 90.8 93.2 93.8 94.8 94.8125 91.0 93.2 91.0 93.3 91.4 93.3 94.2 95.1 95.1150 91.4 93.6 91.4 93.7 91.5 93.7 94.5 95.5 95.7200 92.0 94.0 92.1 94.2 92.0 94.2 94.8 95.8 95.9250 - - - - - - 95.0 95.9 95.9300 - - - - - - 95.3 95.9 95.9350 - - - - - - 95.3 95.9 95.9400 - - - - - - 95.4 95.9 95.9450 - - - - - - 95.4 95.9 95.9500 - - - - - - 95.6 95.9 95.9
NOM-1985Sello Fide PremiumHP
NOM-1994 NOM-1997NOM-2002
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Valores de eficiencia NOM-016-ENER-2002
HPPolos 2 4 6 8 2 4 6 8
1 75.5 82.5 80.0 74.0 75.5 82.5 80.0 74.01.5 82.5 84.0 85.5 77.0 82.5 84.0 84.0 75.52 84.0 84.0 86.5 82.5 84.0 84.0 85.5 85.53 85.5 87.5 87.5 84.0 84.0 86.5 86.5 86.55 87.5 87.5 87.5 85.5 85.5 87.5 87.5 87.5
7.5 88.5 89.5 89.5 85.5 87.5 88.5 88.5 88.510 89.5 89.5 89.5 88.5 88.5 89.5 90.2 89.515 90.2 91.0 90.2 88.5 89.5 91.0 90.2 89.520 90.2 91.0 90.2 89.5 90.2 91.0 91.0 90.225 91.0 92.4 91.7 89.5 91.0 91.7 91.7 90.230 91.0 92.4 91.7 91.0 91.0 92.4 92.4 91.040 91.7 93.0 93.0 91.0 91.7 93.0 93.0 91.050 92.4 93.0 93.0 91.7 92.4 93.0 93.0 91.760 93.0 93.6 93.6 91.7 93.0 93.6 93.6 92.475 93.0 94.1 93.6 93.0 93.0 94.1 93.6 93.6
100 93.6 94.5 94.1 93.0 93.0 94.1 94.1 93.6125 94.5 94.5 94.1 93.6 93.6 94.5 94.1 93.6150 94.5 95.0 95.0 93.6 93.6 95.0 94.5 93.6200 95.0 95.0 95.0 94.1 94.5 95.0 94.5 93.6250 95.4 95.0 95.0 94.5 94.5 95.4 95.4 94.5300 95.4 95.4 95.0 - 95.0 95.4 95.4 -350 95.4 95.4 95.0 - 95.0 95.4 95.4 -400 95.4 95.4 - - 95.4 95.4 - -450 95.4 95.4 - - 95.8 95.8 - -500 95.4 95.8 - - 95.8 95.8 - -
Cerrado AbiertoHPPolos 2 4 6 8 2 4 6 8
1 75.5 82.5 80.0 74.0 75.5 82.5 80.0 74.01.5 82.5 84.0 85.5 77.0 82.5 84.0 84.0 75.52 84.0 84.0 86.5 82.5 84.0 84.0 85.5 85.53 85.5 87.5 87.5 84.0 84.0 86.5 86.5 86.55 87.5 87.5 87.5 85.5 85.5 87.5 87.5 87.5
7.5 88.5 89.5 89.5 85.5 87.5 88.5 88.5 88.510 89.5 89.5 89.5 88.5 88.5 89.5 90.2 89.515 90.2 91.0 90.2 88.5 89.5 91.0 90.2 89.520 90.2 91.0 90.2 89.5 90.2 91.0 91.0 90.225 91.0 92.4 91.7 89.5 91.0 91.7 91.7 90.230 91.0 92.4 91.7 91.0 91.0 92.4 92.4 91.040 91.7 93.0 93.0 91.0 91.7 93.0 93.0 91.050 92.4 93.0 93.0 91.7 92.4 93.0 93.0 91.760 93.0 93.6 93.6 91.7 93.0 93.6 93.6 92.475 93.0 94.1 93.6 93.0 93.0 94.1 93.6 93.6
100 93.6 94.5 94.1 93.0 93.0 94.1 94.1 93.6125 94.5 94.5 94.1 93.6 93.6 94.5 94.1 93.6150 94.5 95.0 95.0 93.6 93.6 95.0 94.5 93.6200 95.0 95.0 95.0 94.1 94.5 95.0 94.5 93.6250 95.4 95.0 95.0 94.5 94.5 95.4 95.4 94.5300 95.4 95.4 95.0 - 95.0 95.4 95.4 -350 95.4 95.4 95.0 - 95.0 95.4 95.4 -400 95.4 95.4 - - 95.4 95.4 - -450 95.4 95.4 - - 95.8 95.8 - -500 95.4 95.8 - - 95.8 95.8 - -
Cerrado Abierto
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Valores de eficiencia Eficiencia NOM-016-ENER-2010
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Curvas de Eficiencia
Eficiencia promedio de motoresde acuerdo a la NOM-016-ENER-2006
75.0
80.0
85.0
90.0
95.0
100.0
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Potencia (hp)
Eficiencia
PremiumNOM 1997NOM 1994NOM 1985NOM-2002
Por evolución histórica de acuerdo a NOM
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Comparación de valores de eficiencia normalizados 4 Polos
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Niveles de eficiencia de los Motores NEMA(4-Polos, Motores TCCVE)
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Pérdidas en el Motor Eléctrico
PérdidaResist.Estatórica
PérdidaResist.Rotórica
PérdidaNúcleo
Pérdida xFricción yVentilación
Pérdida xDispersión
TotalPérdida
7.6%
PotenciaEntrada100%
PotenciaSalida92.4%
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Pérdidas en el Motor Eléctrico
La potencia mecánica obtenida en el árbol del eje del rotor, se obtieneluego de vencer su inercia y otras pérdidas adicionales, obteniéndose unapotencia P2 :
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Pérdidas en el Motor Eléctrico
Pérdidas Magnéticas / (constantes)Debido a la histéresis y a las corrientes parásitas (Eddy) en el material delnúcleo. Estas pérdidas están en función de las propiedades magnéticas yespesor en la lámina de acero y son independientes de la carga.
Pérdidas Eléctricas / (variables)Pérdidas I2R en el estator. (efecto Joule). Estas pérdidas están enfunción de la resistencia ohmica del bobinado y de la corriente quedemanda el motor en la línea.Pérdidas I2R en el rotor. Estas pérdidas están en función de laresistencia ohmica del rotor y de la corriente inducida. Varían directamentecon el deslizamiento.
Pérdidas Mecánicas /(constante)Pérdidas por fricción en los rodamientos y por la circulación de aire deenfriamiento. Estas pérdidas son independientes de la carga.
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Pérdidas indeterminadas
Son pérdidas remanentes, producidas por las corrientes parásitas en elacero magnético y embobinados.
DISTRIBUCION DE PÉRDIDAS:
– Perdidas magnéticas 16%
– I2 R en el estator 33%
– I2 R en el rotor 15%
– Fricción y ventilación 14%
– Indeterminadas 22%
– TOTAL 100%
Pérdidas en el Motor Eléctrico
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
P é r d id a s q u e n o d e p e n d e n d e la
ca r g a
P é r d id a s T íp ica s ( % )
F a ct o r e s q u e a f e ct a n la s p é r d id a s
N ú cleo 1 5 -2 5Tip o y can tid ad d e m ateria l
m ag n ético
Fricció n y ven tilació n
5 -1 5Selecció n y d iseñ o d e
ven tilad o res y ro d am ien to s
P é r d id a s f u n ció n d e la ca r g a
P é r d id a s T íp ica s ( % )
F a ct o r e s q u e a f e ct a n la s p é r d id a s
Estato r I2R 2 5 -4 0Tam añ o d el co n d u cto r en e l
estato r
Ro to r I2 R 1 5 -2 5Tam añ o d el co n d u cto r en e l
ro to r
Ad icio n a les 1 0 -2 0Fab ricació n y m éto d o s d e
d iseñ o
P é r d id a s q u e n o d e p e n d e n d e la
ca r g a
P é r d id a s T íp ica s ( % )
F a ct o r e s q u e a f e ct a n la s p é r d id a s
N ú cleo 1 5 -2 5Tip o y can tid ad d e m ateria l
m ag n ético
Fricció n y ven tilació n
5 -1 5Selecció n y d iseñ o d e
ven tilad o res y ro d am ien to s
P é r d id a s f u n ció n d e la ca r g a
P é r d id a s T íp ica s ( % )
F a ct o r e s q u e a f e ct a n la s p é r d id a s
Estato r I2R 2 5 -4 0Tam añ o d el co n d u cto r en e l
estato r
Ro to r I2 R 1 5 -2 5Tam añ o d el co n d u cto r en e l
ro to r
Ad icio n a les 1 0 -2 0Fab ricació n y m éto d o s d e
d iseñ o
Pérdidas en el Motor Eléctrico
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Medidas para la reducción de pérdidas
ESTATOR
• Acero al silicio usado en paquetes de laminación y cobre en bobinado conmejores propiedades magnéticas
• Mayor cantidad de cobre en bobinas
• Mayor sección transversal de los conductores
Potencia de entrada al estator (PE)
PE = PA - (VCu1 + Vfe )
PA = Potencia activaVCu1 = pérdidas en el cobreVfe1 = pérdidas en el hierro del estator
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Medidas para la reducción de pérdidas
ROTOR
• Calibre de la lámina mas delgada
• Mayor longitud del núcleo
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Diseño del rotor es la clave para exceder los valores de la norma NEMAPremium, ofreciendo la mejor eficiencia en la industria
Cobre de Alta Conductividad.
Reducción de pérdidas porventilación debido al acabadoliso de los anillos de cortocircuito.
Ranuras de rotorgeométricamente Optimizadas.
Medidas para la reducción de pérdidas
Movimiento Rotor
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Medidas para la reducción de pérdidas
ENTREHIERRO
• Reducción de la distancia del entrehierro
Entrehierro
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Medidas para la reducción de pérdidas
RODAMIENTOS
• Tipo de rodamientos (antifricción)
Balero de bolas- Directo -
Balero de rodillos-Polea y Banda-
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Medidas para la reducción de pérdidas
ENFRIAMIENTO
• Diseño eficiente del sistema de enfriamiento
Ventilador de polipropileno(mas pequeño) y Mejoró eldiseño de capuchón para unmáximo enfriamiento.
Mejora Diseño dealetas – IncrementoDisipación de calor
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Cualidades Motor de Alta EficienciaACERO AL SILICIO.- Acero de menorespérdidas magnéticas (W/lb), y de menorespesor
MENOR ENTREHIERRO.- Reducepérdidas indeterminadas
BARRAS Y ANILLO DE CC DELROTOR.- De mayor sección lo quepermite reducir la resistencia de la jaula
MAYOR VOLUMEN DE COBRE.- Reducepérdidas por resistencia. Reduce latemperatura de operación
LAMINACIONES REDISEÑADAS.-Mejoran la eficiencia
REDISEÑO DE ARMAZON.- Mejordisipación térmica
VENTILADOR MEJORADO.- Reduce laspérdidas por fricción y ventilación. Reduce latemperatura de operación
NUCLEOS MAGNETICOS.- De mayor longitudreducen pérdidas magnéticas. Se incrementa lacapacidad de enfriamiento
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Eficiencia NEMA Premium
NEMA Premium (National Electrical Manufacturers Association)
— Muchos términos han sido usados para describir eficiencias queexceden los estándares de EPAct.
— NEMA Premium es un estándar que ha consolidado estos términos.
— Los beneficios han sido cada vez más obvios, con el incremento delcosto de la energía eléctrica.
— La ley de política energética del 2003 establece que el gobierno yagencias federales de EUA compren solamente motores eficiencia NEMAPremium.
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
• Más silenciosos
• Mayor vida útil
• Mayor confiabilidad
• Menores pérdidas
• Menor temperatura de operación
• Menor consumo y pago de energíaeléctrica
Ventajas de Motores NEMA Premium
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Motor NEMA Premium
¿CUANDO USARLOS?
En instalaciones nuevas
Cuando se realicen modificaciones mayoresen procesos existentes
Para sustituir motores que han fallado
En motores estándar que operansobrecargados o con baja carga
En la adquisición de equipos nuevos comocompresores, sistemas de bombeo
Cuando se desee reducir los costos deoperación por el ahorro del consumo deenergía eléctrica y de la demanda máxima.
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
¿REPARAR
o
REMPLAZAR?
Reemplazo Motores Averiados
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
• Factores de decisión para reembobinar
– Edad del motor
– Disponibilidad de un sustituto
– Características especiales o diseño eléctrico especial
– Costo del reembobinado
– Eficiencia del motor después del reembobinado
Reembobinado Motores Averiados
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
• Evaluar el costo de reparación, elcosto de motores nuevos y ladiferencia entre las eficiencias paradeterminar cuál opción es la másatractiva
• Establecer un plan de sustituciónantes de reembobinar el motor
• La mayoría de los motores menores a50HP, operando continuamente, nodeberían ser reembobinados sinosustituidos
Recomendaciones para Reparación de Motores
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Factores a evaluar
• Descripción completa del motor
• Horas de operación al año
• Eficiencia del motor
• Nivel de carga
• Par de arranque
• Información sobre reparaciones anteriores
• Características especiales eléctricas y mecánicas
Criterios de Sustitución Motores Eléctricos
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Medidas de Ahorro de Energía Eléctrica
Sustitución Motores Estándar por NEMA Premium
1. Menor Tamaño. Cuando el motorestándar está trabajando con bajo factorde carga
2. Mismo Tamaño. Cuando el motorestándar está trabajando con un factor decarga entre 60 y 90%
3. Mayor Tamaño. Cuando el motorestándar está trabajando con un factor decarga mayor al 90%
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Selección adecuada de motores eléctricos
• Potencia (HP o KW)
• Velocidad (RPM)
• Voltaje y frecuencia (Volts, Hz)
• Tipo de montaje
• Tipo de acoplamiento
• Condiciones de operación
• Temperatura ambiente
• Altitud (m.s.n.m.)
• Consumo de corriente
El ahorro de energía comienza desde la selección apropiada de losmotores.
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Factores que Afectan Operación de Motor Eléctrico
1. Efectos variación de frecuencia
2. Desbalanceo de voltaje
3. Número de reembobinados
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
1. Uso de potencia adecuada a la aplicación
2. Análisis Factor de Carga del motor
3. Correcta Alimentación Eléctrica
4. Mantenimiento adecuado al equipo
Eliminación Desperdicios Energía
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Aplicaciones
- Bombas
- Compresores
- Ventiladores
- Sopladores
- Transportadores
- Plantas Petro/Quimicas
- Minas
- Fundiciones
- Plantas de pulpa y papel
- Planta de tratamiento de
desechos
- Climas Tropicales
- Y más…
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Procedimiento de Evaluación Energética de Motores Eléctricos a partir del Factor de Carga
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Eficiencia de un motor eléctrico por medio del factor de carga
Cuando un motor trabaja a una carga diferente de la nominal seproduce una variación en la eficiencia. De acuerdo a lainformación de diferentes fabricantes se sabe que la mayoreficiencia de un motor, se obtiene en torno al 85% de factor decarga, en el caso de motores de alta eficiencia y al 75% paramotores de eficiencia estándar
40
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Datos de placa y mediciones
Mediciones Unidades V STD 1 = 445.1 Volts V STD 2 = 446.9 Volts V STD3 = 445.1 Volts I STD p = 63.2 Amps FP STD p = 0.67 1 Datos del motor (placa) V placa = 440 Volts hp placa = 100 Hp η = 0.91841
1 Datos de facturación Tiempo de operación al año = 7,200
hrs
Costo D = 68.970 $/kW Costo C ponderado = 0.42832
$/kWh
1 Ver Anexo 1 Motor de 100 hp, abierto, 1800 rpm, de eficiencia estándar2 Ver Anexo 2
41
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Paso No. 1 Evaluar la potencia estándar demandada a partir de las mediciones eléctricas
kW ... 1,000
FPIV3Pot p STDp STDp STD
ele STD
Sustituyendo los valores de las mediciones en la ecuación (1) se tiene la potencia demandada por el motor actual
(1)
42
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Paso No. 2 Evaluar el factor de carga y la eficiencia del motor actual
nominal Potencia
flecha laen Potencia
hp
hpFC
placa
flechaSTD
hpkW 0.746
η eléctrica Potenciaflecha laen Potencia
0.746hp
ηPotFC
placa
ele STDSTDPor lo tanto: (2.1)
Cuando la eficiencia del motor no esté indicada en la placa o no se dispone del catálogo del fabricante, se tomarán los datos de eficiencia del Anexo 1, considerando 100% de carga
Sustituyendo en la ecuación 2.1 se obtiene el factor de carga al cual está trabajando el motor actual
43
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Para determinar la eficiencia a 0.4024 de factor de carga, se procederá con unainterpolación lineal entre el factor de carga inmediato inferior y el superior, de acuerdo ala ecuación 2.2 y la información del Anexo 1
(2.2)
donde:
Factor de carga
FC1 = 0.25
FCSTD = 0.4024
FC2= 0.50
Entonces:
Eficiencia
η1 = 0.8858
η STD = ¿?
η2 = 0.9221
Paso No. 2 Evaluar el factor de carga y la eficiencia del motor actual
44
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Paso No. 3 Efectuar los ajustes a la eficiencia
El ajuste a la eficiencia del motor actual se realiza por medio de la ecuación 3.1.
(3.1)
Donde:
FAvv .- Factor de ajuste por diferencia en tensión
La diferencia en tensión se define como la relación de la tensión trifásica promedio delínea y la tensión indicada en placa, tal como se muestra en la ecuación 3.2.
(3.2)
Una vez determinada la diferencia en tensión se puede calcular el factor de ajuste por medio de la ecuación 3.3.
(3.3)
45
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
En el caso del ejemplo, al sustituir los valores correspondientes en la ecuación 3.2 yluego en 3.3 se tiene
Paso No. 3 Efectuar los ajustes a la eficiencia
FAdv .- Factor de ajuste por desbalanceo en tensión
El desbalanceo en tensión se define como la máxima desviación de la tensión de línea,al valor promedio del sistema, entre la tensión promedio, como se muestra en laecuación 3.4
(3.4)
46
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Una vez determinado el desbalanceo en tensión el factor de ajuste por desbalanceo entensión, se puede calcular con la ecuación 3.5.
Al sustituir los valores correspondientes en las ecuaciones 3.4 y 3.5 se tiene
(3..5)
Paso No. 3 Efectuar los ajustes a la eficiencia
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
FAre .- Factor de ajuste por reembobinados
Todo motor que ha sido reembobinado, sufre deterioro en su eficiencia. Cuando serealiza en talleres sin las características necesarias o no cuenta con la calidad de losmateriales, las pérdidas pueden ser de 4.2% ó más. En la tabla 1 se muestra la relaciónde pérdida unitaria de la eficiencia en función de la temperatura aplicada durante lareparación del motor
Es importante destacar que la corrección a la eficiencia por reembobinados solo sedeberá aplicar en una sola ocasión, independientemente del numero de reembobinados
Paso No. 3 Efectuar los ajustes a la eficiencia
48
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
En este ejemplo las pérdidas debido a los reembobinados será considerada en 0.025debido a que fue reparado en un taller donde utilizan soplete para la extracción de losdevanados, entonces:
FAre = 0.025
Ahora sustituyendo los resultados obtenidos en la ecuación (3.1), se obtiene laeficiencia real del motor actual.
Paso No. 3 Efectuar los ajustes a la eficiencia
49
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Paso No. 4 Determinar la potencia al freno del motor actual (estándar)
En este caso Pot STD mec es la energía mecánica entregada al sistema motriz accionadopor el motor actual y será la misma para el motor de alta eficiencia
(4)
50
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Paso No. 5 Proponer nuevo motor de Alta Eficiencia
Una vez conocida la potencia al freno se selecciona el motor de alta eficiencia para quetrabaje cerca del 75% de carga
Para el caso del ejemplo se tiene
Una vez determinada la potencia necesaria en el motor de alta eficiencia se debecalcular el factor de carga al cual trabajará a través de la siguiente relación:
(5.1)
(5.2)
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Paso No. 5 Proponer nuevo motor de Alta Eficiencia
Donde Pot AE placa estará determinada por la potencia del motor inmediato superior a la obtenida por la ecuación 5.1, que en este caso es de 60 hp
Paso No.6 Determinar la eficiencia del nuevo motor
Con base al factor de carga se determina la eficiencia del nuevo motor de acuerdo alcatalogo de fabricante o bien del Anexo 1 (motor de alta eficiencia, 60 hp, abierto y 1800r.p.m.)
Como no coinciden los valores del factor de carga con los datos del Anexo 1, seránecesario interpolar con la siguiente ecuación y los valores correspondientes
52
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Paso No. 6 Determinar la eficiencia del nuevo motor
(6)
53
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Paso No. 7 Efectuar los ajustes a la eficiencia
La siguiente ecuación se derivada de la (3.1), con FAre = 0, por ser un motor nuevo,ηAE= 0.9486 y FAdv = 0.9999
(7)
FAvv se tendrá que determinar con las ecuaciones 3.2 y 3.3 de acuerdo a los datos deplaca del motor de alta eficiencia, que en este caso es 460 V, entonces:
Con estos datos en la ecuación (7) se tiene:
54
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Paso No. 8 Calcular la potencia demandada por el nuevo motor
Con la eficiencia, la potencia de placa y el factor de carga al que trabajará el nuevomotor se calcula la potencia eléctrica que demandará
(8)
55
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Paso No. 9 Cálculo del ahorro energético y económico
Cálculo del ahorro en Potencia (Demanda)
Para obtener el ahorro se resta el valor de la potencia que demandará el nuevo motorde alta eficiencia a la demanda el motor actual
Entonces:
(9.1)
56
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Cálculo del ahorro en Energía (Consumo)
Con el ahorro en demanda y las horas de operación al año, se calcula el ahorro deenergía al año (kWh/año)
Paso No. 9 Cálculo del ahorro energético y económico
Por lo tanto para el ejemplo se tiene:
(9.2)
Cálculo del ahorro económico
Con el ahorro en consumo y demanda se calcula el ahorro económico anual
(9.3)
57
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Donde el Costo D se obtiene de los datos de facturación o de la página electrónica de laC.F.E.: www.cfe.gob.mx
El Costo C Ponderado en el Anexo 2 se muestra cómo se calcula.
Paso No. 9 Cálculo del ahorro energético y económico
58
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Paso No. 10 Periodo de amortización o Período Simple de Recuperación
Considerando el precio de referencia de $2,012.35 USD y una paridad de $9.35/USD,se tiene un costo de $18,815.47
(10)
59
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Empresa dedicada a la fabricación y reparación de tarimas para montacargas
Motores actuales
Motor 10 hp, 220/240V, 2 polos, No. Serie 11185518
Motor marca Lincoln TEFC, 15 hp, 220/440V, 4 polos, No. Serie 0193090718C
Motor marca Lincoln TEFC, 7.5 hp, 220/440V, 2 polos, No. Serie 2597815
Motor US de México, 15 hp, 220/440V, 4 polos, No. Serie 098940026
Motor 10 hp, 4 polos, 220/440V, No. Serie Dist 002
Motor marca Siemens, 15 hp, 220/440V, 4 polos, No. Serie A9710018
Motor 10 hp, 4 polos, 220/440V, No. Serie 0493119
Ejemplo de Aplicación
60
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico 61
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Ejemplo de Aplicación
62
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Motores Propuestos
Un Motor WEG 10HP 2P 215T, cerrado, 230/460V, 60Hz, ProtecciónIP55. Modelo 01036ET3EM215TCW.
3 Motores WEG 15HP 4P 254T, cerrado, 230/460V, 60 Hz, ProtecciónIP55. Modelo 01518ET3EM254TCW.
Un Motor WEG 7.5HP 2P 213T, cerrado, 230/460V, 60 Hz, ProtecciónIP55. Modelo 00736ET3EM213TCW.
Dos Motores WEG 10HP 4P 215T, cerrado, 230/460V, 60 Hz,Protección IP55. Modelo 01018ET3EM215TCW.
Ejemplo de Aplicación
63
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Ejemplo de Aplicación
64
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Part.No. Cant. Demanda Consumo H. P. Consumo Demanda Consumo Importe 1_/
KW KWh/año KWh/año KW KWh/año $/año1 Electro Motor no. 1 para Sierrra Kupp Off 1 10.0 6.27 22,556 10.0 21,672 0.25 884 2,301.912 Electro Motor no. 2 para Hojeadora 1 15.0 7.61 25,109 15.0 23,550 0.47 1,559 4,059.593 Electro Motor no. 3 para Chafleanadora 1 7.5 4.44 15,998 7.5 15,312 0.19 686 1,786.324 Electro Motor no. 4 para Desensambladora 1 15.0 7.33 24,205 15.0 22,683 0.46 1,522 3,963.245 Electro Motor no. 5 para Desensambladora chica 1 10.0 5.84 17,506 10.0 16,529 0.33 977 2,544.086 Electro Motor no. 6 para Hojeadora 2 1 15.0 7.42 24,497 15.0 22,958 0.47 1,539 4,007.517 Electro Motor no. 7 para Cepillo 1 10.0 5.17 18,606 10.0 17,618 0.27 988 2,572.73
TOTAL 44.1 148,477 140,322 2.44 8,155 21,235.38
1_/ Precio medio de 2.60397 $/KWh, correspondiente al período Marzo 2013 a Febrero 2014.
MotoresH. P.
7.144.256.87
4.89
5.51
41.6
6.96
Ahorro
6.02
Situación ActualDemanda
Situación Propuesta
KW
ConceptoDemanda (kW)Consumo Anual (kWh)
Precio Medio ($/kWh) 1_/
Importe Anual ($), incluye IVAInversión C/IVA =
1_/ Precio medio de 2.60397 $/KWh, correspondiente al período Marzo 2013 a Febrero 2014.
21,235.382.60397 2.60397 -
83,862.26 Recuperación =
140,322
Sistema Actual Sistema Propuesto Ahorro2.4
3.9 años386,629.65 365,394.28
41.6
RESUMEN MOTORES
44.1148,477 8,155
Ejemplo de Aplicación
65
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Situación Estándar Alta Eficiencia
Potencia del motor (hp) 125 1001
Factor de Carga (%) 53% 64%
Eficiencia (%) 90% 95%
Potencia Eléctrica (Entrada - kW) 53.1 50.1
Potencia Mecánica (Salida - hp) 85.6 85.6
Energía al año (kWh/año) 465,156 438,876
Costo Potencia ($/kW) $153.67
Costo Energía ($/kWh) $0.9344
Costo de operación ($/año) $532,560.29 $502,472.14
Nota 1.- Se considera un motor de alta eficiencia de menor potencia debido al bajo factorde carga del motor de eficiencia estándar, con la misma potencia mecánica.
Evaluación Energética de Motores Eléctricos
66
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Situación EstándarAlta
EficienciaPotencia del motor en hp 40 301
Factor de carga 45% 63%Eficiencia 82% 93%Potencia eléctrica demandada kW 18.18 16.03Potencia mecánica entregada kW 14.91 14.91Consumo de energía eléctrica 13,089.60 11,541.37Costo de la demanda (US$) 68.01 59.96Costo por consumo (US$) 366.06 322.76Costo por ajuste en combustibles (US$) 107.10 98.07Costo mensual por energéticos (US$) 541.17 477.15
Ahorro mensual por sustitución (US$) 64.01Ahorro anual por sustitución (US$) 768.10Inversión aproximada (US$) 1,221.82Recuperación de la inversión en años 1.6
Nota 1.- Se considera un motor de alta eficiencia de menor potencia debido al bajo factor de carga delmotor de eficiencia estándar, con la misma potencia mecánica.
Ahorro de Energía en Motores Eléctricos
67
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
HP UNIDADES Hrs % KW KWhMaquina 1 100 1 8280 80 54.28 449,438 Maquina 2 100 1 8280 80 58.35 483,138 Maquina 3 50 1 8280 80 33.33 275,972 Maquina 4 50 1 8280 80 33.37 276,304
TOTAL 179 1,484,852
CONSUMO ANUALUbicación
Nº DE DEMANDAEFICIENCIACAPACIDAD
UNITARIAHORAS DE
OPERACIÓN
CAPACIDAD HORAS DE CONSUMOUNITARIA OPERACIÓN ANUAL
HP UNIDADES Hrs % KW KWhMaquina 1 100 1 8280 92.32 50.37 417,064 Maquina 2 100 1 8280 92.57 54.1 447,948 Maquina 3 50 1 8280 91.74 31.18 258,170 Maquina 4 50 1 8280 91.74 31.22 258,502
TOTAL 167 1,381,684
UbicaciónNº DE DEMANDAEFICIENCIA
Sistema Propuesto
AHORROS OBTENIDOS EN EL PROYECTO
AHORRO EN DEMANDAAHORRO EN CONSUMOAHORRO ECONOMICO ANUALINVERSIONRECUPERACION
12.47 KW 103,252 KWhUSD$ 11,036.95USD$ 20,219.34 1.83 AÑOS
Caso Práctico Motores Alta Eficiencia
Sistema Actual
68
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Planta química con una demanda de 1,400 kW, consumo de 7,125 MWh/año y una facturación promedio mensual de $840,000.00
Acción Correctiva
Uso de Motores NEMA Premium
Proyecto
Sustitución de 44 motores de eficiencia estándar por motores NEMA Premium
Beneficios por la Implementación de estas Medidas
Reducción de 68.5 kW Reducción de 335.9 MWh en energía
anual Ahorro anual de $467,834.28 pesos
Inversión Total $1’770,683.46 pesos
PSR = 3.7 años
Ejemplo de Aplicación
69
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
¡MUCHASGRACIAS!
E-Mail:[email protected]
Cel. 55-31-07-49-31
Asesores en Eficiencia Energética
70