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Departamento de Ingeniería Eléctrica
Universidad de Concepción
Casilla 160 – C, Concepción - Chile
Teléfono 56-41-203514; Fax: 56-41-246999
Email [email protected]
Luis Morán T. (PhD)
Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial.
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Contenidos:
Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
- Introducción
- Por qué es importante ahorrar energía
- Que es la eficiencia energética
- Cómo aportan las nuevas tecnologías al menor consumo de energía.
- Potenciales aplicaciones
- Conclusiones
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Vulnerabilidad en el abastecimiento energético
hace necesario resolver los siguientes problemas:
i) Diversificar la matriz energética, hacerla menos
dependiente de las importaciones, y más barata.
ii) Cortar la dependencia que existe entre el crecimiento
del PIB y de la demanda de energía eléctrica.
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Composición de la Matriz Energética Nacional:
Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Potencia generada período 2011 (68% Importada)
Fuente: Comisión asesora de desarrollo eléctrico (CADE)
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Energía suministrada período 2000-2011 (SING + SIC)
Fuente: Ministerio de Energía, CDEC-SIC y CDEC-SING
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Principal Objetivo desde el punto de vista país:
Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Relación entre la demanda de energía eléctrica y el PIB
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Principal Objetivo desde el punto de vista país:
Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
¿Que se entiende por eficiencia energética en procesos
productivos?
Definición:
Mantener el nivel de producción
consumiendo menos energía
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
¿ Como se logra este milagro ?
i) Reemplazando equipos antiguos por modernos
(más eficientes): iluminación – motores
ii) Mejorando los procesos productivos:
automatización – nuevas tecnologías
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Reemplazando equipos:
Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
No es sólo cambio de ampolletas !!
10 % energía lumínica
90 % calor
Vida útil: 1.000 hrs.
85 % energía lumínica
15 % calor
Duración: 40.000 hrs. (LED SMD)
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Motores de alta eficiencia:
Norma IEC 60034: i. eff1: Alto rendimiento
ii. eff2: Rendimiento mejorado
iii. eff3: Bajo rendimiento
Tabla 1: Definición de las
diferentes clases de rendimiento
(acuerdo voluntario europeo).
kW
4 polos 2 polos
eff3 eff2 eff1 eff3 eff2 eff1
1.1 76.2 76.2 83.8 76.2 76.2 82.8
1.5 78.5 78.5 85 78.5 78.5 84.1
2.2 81 81 86.4 81 81 85.6
3 82.6 82.6 87.4 82.6 82.6 86.7
4 84.2 84.2 88.3 84.2 84.2 87.6
5.5 85.7 85.7 89.2 85.7 85.7 88.6
7.5 87 87 90.1 87 87 89.5
11 88.4 88.4 91 88.4 88.4 90.5
15 89.4 89.4 91.8 89.4 89.4 91.3
18.5 90 90 92.2 90 90 91.8
22 90.5 90.5 92.6 90.5 90.5 92.2
30 91.4 91.4 93.2 91.4 91.4 92.9
37 92 92 93.6 92 92 93.3
45 92.5 92.5 93.9 92.5 92.5 93.7
55 93 93 94.2 93 93 94
75 93.6 93.6 94.7 93.6 93.6 94.6
90 93.6 93.6 95 93.6 93.6 95
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Ahorro obtenido con un motor de alto rendimiento eff1
con respecto a un eff2 de rendimiento mejorado.
TIPO
Clase Eficiencia (CEMEP) EFF1 EFF2
RENDIMIENTO [%] 93.1 91.6
Potencia EJE [kW] 30 30
Potencia Red [kW] 32.22 32.75
[Eur/kW-h] 0.071238
Precio Motor [Eur] 2.422,54 2.202,14
Ahorro Eur/hora [Eur] 0.0376
Amortización Motor Eff1 horas [h] 64445 7 años
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
El efecto de reemplazo de equipos en el menor
consumo de energía es significativo cuando se
puede conseguir efecto multiplicador
(Mayor impacto con aplicación de políticas
públicas).
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Es mucho más efectivo, en aquellos casos en que
es posible, apuntar a mejorar los procesos
productivos:
Hacer lo mismo pero mejor y más
barato (menor consumo de energía).
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Distribución del consumo de energía en Chile:
Fuente: Comisión asesora de desarrollo eléctrico (CADE)
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Dado que el 67 % de la energía eléctrica que se
consume en una industria se gasta en motores,
al mejorar la forma como se energiza y se
controla la máquina (accionamiento), se puede
lograr un ahorro importante de energía.
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Consumo de energía eléctrica en plantas industriales:
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Efecto del mal uso de la energía en la cadena de generación -transmisión
Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
��=0.4 ��=0.9 ��=0.4 ��=0.75
Planta de
Generación
Térmica
Sistema
de transmisión
Conjunto
Motor
Válvula
Bomba
Centrífuga
��� 92.5��
� 55.5�� � 3.7�� � 20�� � 3.3��
���� 10��
� ����
��� 0.11
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Tecnología eficiente
Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
��=0.4 ��=0.9 �� =0.8 ��=0.75
Planta de
Generación
Térmica
Sistema
de transmisión
Conjunto
Motor
Conversor
Bomba
Centrífuga
��� 46.3��
� 27.8�� � 1.85�� � 3.33��� 3.33��
���� 10��
� ����
��� 0.216
50%���� !! !
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Mejorar la eficiencia energética en el accionamiento de Bombas:
Motor
Estándar
Eficiencia
90%
Bomba
Eficiencia
77%
Válvula
Eficiencia
66%
Tubería
Eficiencia 69%
Potencia de Entrada
100
Potencia de Salida
31
η = 31 %
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Cambio de válvula por sistema más eficiente motor –
variador de frecuencia.
η = 72 %
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
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VDF en aplicaciones de velocidad variable.
Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
1) El caudal se controla variando larestricción a la salida de la bombamediante la válvula. Esto aumenta laresistencia del sistema, fuerza a labomba a reducir el caudal y conllevautilización extra de energía.
2) Con el variador de frecuencia se regulael caudal controlando la potenciasuministrada al motor, el sistemapresenta menor resistencia que el casoanterior y por lo cual se necesita menosenergía.
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Variadores De Frecuencia (VDF)
Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
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Variadores De Frecuencia (VDF)
Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
i. Permiten controlar el flujo de potencia al motor ajustándola ala que la carga mecánica requiere.
ii. Reduce el estrés mecánico a la partida.
iii. Reducción de daños por cambios bruscos en la velocidad de lacarga.
iv. Disminuye el consumo energético del motor.
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
Antes Después Ahorro
Energía consumida (kWh)
Ahorro en energía consumida del 39%.
Resultados Motor 1 (216 kW).
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Ahorro en energía consumida del 81%, y de potencia activa del 81%.
Resultados Motor 2 (168 kW).
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
9.000
10.000
Antes Después Ahorro
Energía consumida (kWh)
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Antes Después AhorroEnergía consumida en 72 horas
3417 kWh 2282 kWh 1135 kWh 33 %Potencia activa
47.5 kW 31.7 kW 15.8 kW 33 %
Motor Potencia nominal 74.6 kW
Antes Después AhorroEnergía consumida en 72 horas
2995 kWh 1023 kWh 1972 kWh 66 %Potencia activa
41.6 kW 14.2 kW 27.4 kW 66 %
Motor Potencia nominal 55 kW
Antes Después AhorroEnergía consumida en 72 horas 2893 kWh 939 kWh 1954 kWh 67 %
Potencia activa 40.1 kW 13 kW 27.1 kW 67 %
Motor Potencia nominal 74.6 kW
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Flujo (p.u)
BH
P (
p.u
)
Damper de Salida VDF IGV
Sistemas de Ventilación
Métodos del Regulación de Flujo
Potencia requerida en el eje del ventilador
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Industria Minera:
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Proyecto DIE – UdeC: Método A - Cambio proceso en planta minera
El voltaje de celda es común a todos los electrodos.
Por lo tanto, la corriente es libre de buscar la ruta
con menor resistencia.
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Corriente Eléctrica+
Idc-
Ánodo
Cátodo
Barra
Intercelda
Electrolito
Contacto
Eléctrico
Esta conexión forma canales de corriente más
balanceadas. Debe tenerse en cuenta que el circuito es
una simplificación de la realidad. En caso de electrodos en
circuito abierto la corriente circula por los otros
electrodos utilizando el electrolito que es el principal
medio conductor del proceso.
Proyecto UdeC – DIE: Método B - Cambio proceso en planta minera
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Parámetro Método A Método B
Desviación estándar normalizada[%] 14.7 9.9
Ocurrencia de corto circuitos [Nº/ciclo] 0.42 0.15
Sobrecorriente de corto circuito [%] 88 22
Consumo Específico KW/Ton (*) 1950 1875
Ahorro Energético KW/Ton por reducción
en número de celdas en operación- > 200
Potenciales aplicaciones – Resultados - Cambio proceso en planta minera
(*) El consumo específico es para una densidad de corriente de 340 A/m2
La corriente de proceso con Método B podría subirse 10% sobre el máximo con Método A.
de izq. a der.: Hernán de Solminihac Ministro de Minería, Pablo Aqueveque Profesor UdeC, Florentino Muñoz SI BarrickZaldívar, Eduardo Wiechmann Profesor UdeC, Leonardo Gonzales GG Barrick Zaldívar, Robert Mayne-Nicholls CEO
Sudamérica Barrick Co, Mauro Valdés Director TVN.
Premio Nacional de Innovación Avonni 2012
Minería y Metalurgia: Proyecto Optibar
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Conclusiones
Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
El uso de estrategias de EE corresponde a una manera efectiva deahorro de energía, principalmente en el sector industrial.
Nuevas tecnologías ayudan en forma muy importante a reducir elconsumo energético asociado a un proceso productivo.
Las mayores oportunidades de ahorro se producen primero alidentificar los procesos industriales deficientes y luego incorporandotecnología en EE.
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Estudios muestran que el potencialahorro de energía en Chile fluctúaentre el 7 al 12 % del consumoactual.
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Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial
Gracias por su atención