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Aplicando Parker SSD Drives
para Ahorro de Energía
© Parker Hannifin de México
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Soluciones de Energía por Parker
Energía esta en la
mente de todos…
Altos costos de combustible…
Disponibilidad de recursos…
Mandatos para reducir emisiones…
Energía sustentable…
Redes inteligentes…
CONSERVACIÓN
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Soluciones de Energía – Creando y Salvando
Lado Suministro(Generación de energía)
Lado Demanda(Uso en plantas)
Parker SSD Drives proporciona soluciones únicas que abarcan
ambos: la recolección desde fuentes de energía alternativa Y su
conservación en el uso.
• Generación de
energía desde fuentes
alternativas y
renovables
• Soluciones de
estabilidad de la red
de energía
• Almacenamiento de
Energía –captura y
retorno
• Reducción en el uso
de energía
• Reducción de la
demanda pico
• Recuperación de
energía desde
procesos industriales
• Mejora del factor de
potencia.
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Soluciones de Energía – Reducir y Ahorrar
Lado Suministro(Generación de energía)
Lado Demanda(Uso en plantas)
En la presentación exploraremos algunas formas de ahorrar energía y
dinero y además reducir emisiones.
• Generación de
energía desde fuentes
alternativas y
renovables
• Soluciones de
estabilidad de la red
de energía
• Almacenamiento de
energía –captura y
retorno
• Reducción en uso de energía
• Reducción de demanda pico
• Recuperación de energía en
procesos industriales
• Mejora del factor de potencia
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Parker SSD Drives ofrece dos
formas para reducir el uso de
energía neto por el Lado Demanda
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Juntos, podemos ahorrar energía.
VentiladoresBombas y
Compresores
Grúas y
Transportador
Líneas
Proceso
Seccional
Extrusores y
Moldeo por
Inyección
Ahorro:Hasta
40%
Ahorro:Hasta
60%
Ahorro:Hasta
35%
Ahorro:Hasta
40%
Ahorro:Hasta
20%
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• 64% de la energía industrial es usada por motores eléctricos
• Los motores eléctricos usan cerca de 300 BILLONES kWh por año
• Por cada $1 gastado en comprar un motor, $100 son gastados en costo
de energía durante su tiempo de vida
Parker SSD Drives para motores de
inducción: Una oportunidad clave
Ahorros de Energía
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Optimización de procesos
• Muchos motores son sobredimensionados para su aplicación
– y el exceso de energía es gastado en pérdidas
• Muchas aplicaciones requieren menos potencia a bajas velocidades
• Las leyes de afinidad de ventiladores y bombas centrifugas establecen
que la POTENCIA cae al CUBO de la VELOCIDAD
• POTENCIA = $$
Po
ten
cia
(k
W)
Flujo (CFM o GPM)
¡Ahorros!
Control porCompuerta / Válvulas
Control por
Parker SSD Drives
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Optimización de Procesos
• El Arranque y Paro de aplicaciones causan costosas y
dañinas demandas de energía pico
800%
600%
400%
200%
0% 0 25 50 75 100
CO
RR
IEN
TE
%
FL
A
VELOCIDAD %
PARKER SSD DRIVES
ARR. SUAVE
ESTRELLA DELTA
ARR. DTO. LÍNEA
CORRIENTES DE ARRANQUE MOTOR CAAceleración a velocidad nominal – carga de par variable
operating
point
Los SSD tienen la
menor corriente
arranque
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Optimización de Procesos
• Anticuados dispositivos son ineficientes
• Conjunto Motor/Generador
• Clutches de corrientes de Eddy
• Variadores de velocidad mecánicos
Eficiencia incluye no solo “Energía
entra/Energía sale”, sino también
costos de la rutina mantenimiento,
paros, gastos de instalación, etc.
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HVAC
• Manejadoras Aire
• Torres enfriamiento
• Ventiladores extracc.
Procesos en Plantas
• Sopladores de Combustión
• Oxidantes
• Enfriamiento de procesos
• Ventiladores en quemadores
de tiro inducido
Optimización de Procesos
Ejemplos de Aplicaciones en
Ventiladores y Sopladores
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Ejemplo de Ahorro en Costos
Ventilador 100 HP• Opera 16 hrs/día (2 turnos)
• Tarifa = $0.10 / kW-hr
• Control flujo por compuerta
Sin SSD Drives (control por compuerta)
Costo Anual Energía = $ 16,491
Con Parker SSD Drive
Optimización de Procesos
Ahorros anuales y Retorno de Inversión!
Flujo
Ciclo trabajo
Tamaño motor
CALCULADORA DE VALOR
Agregando un control Parker SSD Drives a
un ventilador de 100HP se recorta la
factura de energía por debajo del 50% y se
paga el mismo en solo poco mas de un año…
Costo Anual Energía = $ 5,370
Energía Ahorrada = $ 11,122 por año
Emisiones CO2 Prevenidas = 31 Ton por año
RETORNO INVERSIÓN = 15 meses
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Solo las aplicaciones de Agua y Tratamiento de Aguas Residuales…
• Consumen 56 BILLONES kW de electricidad cada año
• Generan 45 millones ton de gases de invernadero cada año
• Cuestan $4 BILLONES en costos de energía cada año
Las bombas ofrecen la mayor
oportunidad de ahorro de
energía en equipos operados
por motores eléctricos.
Optimización de Procesos
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Agua Sanitaria• Agua cruda
• Coagulación/Floculación
• Almacenaje y Distribución
Tratamiento de Aguas• Aeración
• Prensa de correa / Extracción sólidos
• Centrifuga / Extracción sólidos
• Floculación
• Estaciones de re-bombeo
• Remoción de Nutrientes Biológicos
• Almacenaje y Distribución
Ejemplos de aplicación en bombas
Procesos en Plantas• Bombas para químicos
• Bombas agua helada
• Almacenaje y Distribución
Optimización de Procesos
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Aplicaciones en bombas
Las Bombas Centrifugas muestran la
mayor mejora… hasta 60%... y son las
más populares, representando
alrededor del 80% de todas las
aplicaciones de bombeo.
Optimización de Procesos
Las bombas de
Desplazamiento
Positivo muestran
resultados menos
dramáticos, pero no
son tan comunes.
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Formas ineficientes de control de flujo -
Optimización de Procesos
Válvula
Bypass
Pre
sió
n e
stá
tica
Pre
sió
n e
stá
tica
Válvula
La regulación usando una válvula
restringe el flujo sin disminuir la
carga de la bomba.
Recircular usando una válvula re-
direcciona algo del flujo sin disminuir
significativamente la carga de la
bomba.
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Ejemplo de Ahorro en Costos
Bomba Centrifuga 150 HP• La bomba opera 24 hrs/día, 365 días/año
• El flujo varia desde 20% a 90% en el día
• Tarifa = $0.10 / kW-hr
Sin SSD Drives (control por restriccíon)
Costo Anual Energía = $ 50,418
Con Parker SSD Drives
Costo Anual Energía = $ 19,243
Energía Ahorrada = $ 31,176 por año
Emisiones CO2 Prevenidas = 88 Ton por año
RETORNO INVERSIÓN = 7 meses
Ahorro annual y retorno de la
inversión!
Flujo
Ciclo de Trabajo
Tamaño motor
CALCULADORA DE VALOR
Agregando un control Parker SSD Drives a una bomba de 150 HP
se puede ahorrar $31,000/año
trabajando 24/7
Optimización de Procesos
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Ejemplo en Compresores
• Ahorro de Energía
• Reducción de Mantenimiento
• Reducidos Niveles de Ruido
• Capacidad de arranque suave – reducidas corrientes
• Elimina el constante ciclar del compresor
Por cada 2-psig de reducción al compresor, se puede lograr 1% de reducción en
el consumo de energía del compresor.
Operar los compresores a una presión mayor que la requerida resulta en un
mayor consumo de energía, mayor desgaste del equipo é incremento de
pérdidas por fugas.
Trabajar el compresor a bajas presiones reduce las pérdidas por fugas y se
ahorra energía.
Optimización de Procesos
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700(525)
100(75)
50(37.5)
TIEMPO EN MINUTOS
0 2 4 6 8 10 12 14 16
% P
OT
EN
CIA
(kW
)
Co
rrie
nte
Arr
an
qu
e
Usando un Parker
SSD Drives para
regular la presión
puede ahorrar
12%(en promedio) sobre
una base anual.
Agregando un SSDDrive a un compresor de 300 kW puede ahorrar
$18,000/año funcionando 2 turnos.
Optimización de Procesos
Típico ciclo de trabajo motor Compresorcon y sin Control Parker SSD Drives
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Optimización de Procesos
Reemplazo de equipo obsoleto
• Conjunto Motor/Generador CD
• Consume energía aún inactivo
• Partes en movimiento –
mantenimiento requerido
• Sistema de control primitivo
• Pobre regulación de velocidad
y repetibilidad
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Reemplazo de equipo obsoleto
• Conjunto Motor/Generador CD
MotorGenerador
principal
Línea 3-fases
Motor
Motor
Motor
Motor
MotorExcitador
Generador
Reóstatos de CampoMúltiples etapas de ineficiencia
Varias partes en movimiento
Alta carga a ralentí
Limitado rango de control
Pobre precisión y repetibilidad
Fuente Armadura
Fuente Campo
Optimización de Procesos
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Reemplazo de equipo obsoleto
• Reemplazo con sistema
de estado sólidoLínea 3-fases
Motor
Motor
Motor
Motor
Motor
ALTA eficiencia en la electrónica
SIN partes en movimiento, solo los motores
SIN carga inactiva
AMPLIO rango de control en cada motor
EXCELENTE precisión y repetibilidad
SSD
Drive
SSD
Drive
SSD
Drive
SSD
Drive
SSD
Drive
Conservando los motores de CD existentes y usar SSD Drives CD
Ó
Reemplazando motores de CD por CA y usar SSD Drives de CA
Reemplazando el conjunto M/G de
100HP se pueden ahorrar $15,000/año funcionando 2 turnos
Optimización de Procesos
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Recuperación
de Energía
Principios básicos …
• Capturar la energía que se perdería
• Retornar la energía a la red eléctrica
• Recibir crédito de la compañía eléctrica
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Puente activo InversorFiltro LCL
FLUJO
ENERGÍA
FLUJO
ENERGÍA
Control de Velocidad Motor 4-Cuadrantes Regenerativo a Línea
Recuperación EnergíaPrincipios básicos…
• Capturar la energía que se perdería
• Retornar la energía a la red eléctrica
• Recibir crédito de la compañía eléctrica
Parker SSD Drives: AC890, AC890PX, AC690+ con Active Front End
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Recuperación de Energía
MDrive
CA
MDrive
CA
ENERGÍA ENERGÍA
ENERGÍA
Drives CA convencionales proporcionan energía al motor
R
Incapaces de retornar la energía a la línea, los Drives de CA
estándar deben “quemar” la energía regenerada por el motor en
resistencias de frenado dinámico.
La desaceleración o
paros convierten al
Motor en Generador
La mayoría de los
Drives de CA no
retornan la energía
a la red eléctrica,
sino que la disipan
como CALOR!
Centrifuga Industrial
tiempo
ve
loc
ida
d
CICLO DE TRABAJO
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• La sección de INVERSIÓN es un inversor estándar (6) IGBT PWM (pulse width modulated)
• El rectificador de PUENTE ACTIVO es un convertidor bi-direccional de (6) IGBT PWM
• El FILTRO LCL es de un diseño pasa-bajos que remueve los armónicos de alta frecuencia
• Las secciones de CONTROL proporcionan señales a cada puente
M
Filtro LCLPuente Activo Inversor
4-CuadrantesDrive
independiente
Control
FLUJO DE ENERGÍA – ambas direcciones
Línea 3-fases
El SSD Drive 4Q
elimina los
armónicos típicos
de los drives CA
manteniendo el THD
(total harmonic
distortion) debajo del
3%, dentro de las
directrices IEEE519
Control
(como AFE) (como salida)
reduce armónicos
INVERSORES DUALES
AFE (Active-Front-End) Drives
Motor-
vuelto-
“Generador”
Recuperación de Energía
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Recuperación de Energía
MDrive
CA
MDrive
CA
ENERGÍA ENERGÍA
ENERGÍA ENERGÍA
La energía es tomada y enviada de vuelta a la red eléctrica
Desacelerar o parar
vuelve al Motor en
Generador
Los Parker SSD
Drives con
“Active Front
End” capturan la
energía
regenerativa y le
pagan a usted!
ACELERANDO Y FUNCIONANDO
DESACELERANDO Y PARANDO
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Regeneración a Línea sobre un Bus Común de CD
REGEN
REGEN
MOTORIZA
MOTORIZA
LÍNEA REGEN
BUS COMÚN
CD
LÍNEA
CA
FILTRO
EMC
Opcional por requerimientos
de diseño del sistema
pre-carga externa
Reactor de línea 8%
(mandatorio)
Múltiples drives pueden ser
“enlazados a un bus común”
para regenerar eficientemente
por compartir la energía
Recuperación de Energía
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AC Inducción3-fases
Brushless AC
Brushless DC
AC InductionServo
PM síncronos
Asinc Inducción
PM síncronos
Drive Modular AC890
• Drive modular para sistemas
• Facilidad para bus común
• Mínimo cableado
• Máximo uso del espacio
• Módulos de fuente común ó módulos de salida disponibles como estándar
• 1 – 1600 HP/1 – 1200 kW
• 208-240V ó 380-460V
Terminales Bus CD facilmente
accesibles…
Recuperación de Energía
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Grúas y Elevadores
• Bridge cranes
• Gantry cranes
• Overhead cranes
• Shipboard cranes
• Container cranes
Control de izaje y movimiento horizontal
• Control vectorial de alto desempeño
• Funciones de prueba de par
• Verificación y detección de freno
• Sintonía fácil de motor/control
• Detección velocidad cero
Recuperación de Energía
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• Dinamómetros
• Dinamómetros de Chasis
• Equipo para Prueba Bombas
• Instalaciones de Prueba para
Transmisiones
• Aplicación Túnel de Viento
• Pruebas Junta Universal
• Reemplazo de dispositivos
de corriente de Eddy para
mayor ahorro de energía!
Bancos Pruebas/Dinamómetros
Recuperación de Energía
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EJEMPLO:
• Banco prueba 250 kW Motor Hidráulico
• La carga es “deadheaded” bomba hidráulica
• La energía es disipada en la torre de
enfriamiento o por el intercambiador de calor
– requiriendo agua helada…
Banco Pruebas/Dinamómetros
Recuperación de Energía
Un turno, 5 días/semana, 50% ciclo
Energía ahorrada: 173 kW ($17,300/año)
Retorno de Inversión: 17 meses
Ahorros anuales y Retorno
Inversión!
Eficiencia
Ciclo de Operación
Tamaño de Motor
CALCULADORA
DE VALOR
Convirtiendo un banco de pruebas
$17,000/año operando un turno
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Recuperación de Energía
¿Que es el Retorno de Inversión?
• La cantidad de energía ahorrada
depende de la aplicación y del
ciclo de trabajo
• 10% frenado = 10%
recuperación de energía, menos
ineficiencia del drive
• Hasta 98% de recuperación es
posible en aplicaciones de
frenado continuo
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Incentivos!
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Recursos…
CEE – - Consortium for Energy EfficiencyINDUSTRIAL > Motors/Motor Systems
“The goal of the CEE Motors & Motor Systems initiatives
are to improve performance and efficiency in industrial
motors and motor systems”
Web Link:
http://www.cee1.org/
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Recursos…
US Department Of Energy “Best Practices for Motors, Pumps, and Fans”• Case studies
• Technical publications
• Tip sheets
• Source books
• Software
Web Link:
http://www1.eere.energy.gov/industry/bestpractices/motors.html
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Recursos…
Perfil de Aplicación /Historias de Éxito
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Ahorro Energía y Recuperación
CONCLUSIÓN
• Parker SSD Drives ofrece una
amplia variedad de productos que
permiten a los usuarios conservar
y/o recuperar costos de energía – y
nuevas oportunidades para
incrementar las ventas
• Existen numerosas oportunidades
de retrofit, y pueden ser
identificadas durante un recorrido
• Tome ventaja de los incentivos
monetarios mientras duren!© Parker Hannifin de México
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Tel.: (01 722) 275 4200
E-mail: [email protected]
Dirección:
Eje Uno Norte # 100
Parque Industrial Toluca 2000
Toluca, Edo. de México
C.P. 50100
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