SEMINARIO NORMATIVIDAD Y TECNOLOGA EN EL USO EFICIENTE DE LA ELECTRICIDAD

TEMA: VENTAJAS COMPARATIVAS DE MOTORES EFICIENTESSUB COMIT TECNICO DE NORMALIZACION DE MOTORES ELECTRICOS ING. ALBERTO SANDOVAL RODRIGUEZ CENYTEC SAC DICIEMBRE - 20071

Marco Legal: Eficiencia Energtica en el Per

1. 2.

Ley N 27345.- Ley de promocin del uso eficiente de la energa del 08-09-2000 Decreto Supremo N 053-2007 EM: Reglamento de la Ley de Promocin del Uso Eficiente de la Energa del 22-10 -2007 Normatividad de equipos eficientes: (motores, equipos de iluminacin, etc.)2

3.

OTRAS REFERENCIAS:

EEUU El DOE Department of Energy promulga la Ley EPact (Energy Policy Act ion ,1992) que obliga a partir del 24 de Octubre de 1997 que los motores (1-200 hp), que se comercialicen deben cumplir con NEMA (National Electrical Manufacturers Association), alta Eficiencia, Eficiencia Premium. CANADA En Canad tambin se promulga una ley similar a los EEUU, llamada EEAct (Energy Efficiency Action 1992), para motores (1 -200 hp). LA COMUNIDAD EUROPEA Acuerdo entre fabricantes y la Direccin General de la Energa, se comprometen a fabricar solamente motores de rendimiento mejorado y alto rendimiento, entr en vigor en el ao 2000 y con aplicacin de la Norma IEC 60034 .

MEXICO

CONAE, promovi la actualizacin de la NOM-016-ENER-02, entr en vigor el 13 de marzo del 2003; Eliminacin de motores de eficiencia estndar y se Ampli el alcance de la Norma para cubrir hasta 500 HP, igualando los niveles de eficiencia establecidos en NEMA MG-1 1993 de Estados Unidos.3

USO EFICIENTE DE ENERGA EN LA INDUSTRIAMOTORES ELECTRICOS ILUMINACIN Y OTROS EQUIPOS GAS PROCESOS TRMICOS AIRE ACONDICIONADO AIRE COMPRIMIDO REFRIGERACIN AGUA CALDERAS Y HORNOS, ETC.

ELECTRICIDAD

PETROLEO

CARBON

La energa, si no lo puede medir..., no lo podr controlar

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Fuentes de energa en el Mundo

Volumen de CO2 emitido por cada MWh de electricidad generado segn distintas fuentes energticas

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EJMPLO: PLANTA CEMENTERACantidad de motores: 68 Rango de potencias: 20 a 300 HP. Tensin de operacin: 440 voltios Se conto con tres cotizaciones: Motores de Eficiencia Premium GE IEEE481 Motores de Alta eficiencia GE EPACT. Motores Beijing B.J. Electric eficiencia estndar6

1. 2. 3.

La energa, si no lo puede medir..., no lo podr controlar

PREMISASLos motores elctricos absorben entre el 60% al 70% de la demanda de energa en el sector industrial. Existe un gran potencial para reducir la demanda y el consumo de energa en todas las aplicaciones industriales, comerciales y otras actividades. Para el desarrollo del proyecto, se realiz trabajos de campo con equipos electrnicos para conocer la eficiencia de los diferentes motores que formaron parte del estudio. Referencia IEEE Std. 112, Standard Test Procedure for Polyphase Induction Motors

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DATOS HISTORICOSCUADRO HISTRICOMES FP jul-06 ago-06 sep-06 oct-06 nov-06 dic-06 ene-07 feb-07 mar-07 abr-07 may-07 jun-07 14.425 15.310 15.225 15.287 14.724 14.799 15.721 14.950 14.892 15.161 15.362 15.400 15.105 POTENCIA (MW) HP 4.260 4.173 6.582 6.449 4.101 9.467 4.479 4.308 4.378 5.159 4.454 4.435 5.187 %HP/FP 29.532 27.257 43.232 42.186 27.852 63.971 28.491 28.816 29.398 34.028 28.994 28.799 34.341 FP 6,156.001 6,597.462 7,640.384 7,723.341 6,709.506 7,542.511 7,281.726 5,690.723 7,605.366 6,945.876 7,454.850 6,884.659 84,232.405 ENERGA (MWh) HP 622.915 591.703 634.314 744.090 626.418 945.469 570.304 343.719 415.539 364.045 397.522 391.446 6,647.485 %HP/FP 10.119 8.969 8.302 9.634 9.336 12.535 7.832 6.040 5.464 5.241 5.332 5.686 7.892 8

FORMULAS DE CALCULO 100 100 S = P * CmE * T * E E 1 2

(1)

Donde: P: Es la potencia del motor (kW). Cm: Es el costo medio de la energa (US$/kWh). T: Horas de operacin y E1 y E2 son las eficiencias de los motores que son objeto de la comparacin.

Payback =

Costos de Instalacin + Inversin (Ahorros anuales en electricidad - Costos de Operacin y mantenimie nto )

Datos: Inversin: US$ Costo de instalacin: US$.Incremento en los costos de mantenimiento : US$

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LISTADO Y POTENCIA DE MOTORES CEMENTOS YURA AREQUIPABASE DE DATOSMOTOR HP 20 25 30 40 50 60 75 100 150 200 300 # POLOS 4 2 4 8 4 2 4 4 6 2 4 2 4 4 4 2 4 4 8 CANTIDAD 12 3 7 1 8 1 8 3 1 4 1 3 4 2 2 2 4 1 1 ACTUAL (*) 78.00 78.00 80.00 80.00 81.00 82.00 83.50 84.00 85.00 85.00 86.00 EFICIENCIA PREMIUM GE IEEE-841 93.00 93.00 93.60 91.70 93.60 94.10 94.50 94.50 94.10 95.00 95.00 93.60 95.40 95.80 96.20 95.80 96.50 96.20 96.00 ALTA - GE EPACT 91.00 91.00 92.40 91.00 92.40 91.70 93.00 93.00 93.00 93.00 93.60 93.00 94.10 94.50 95.00 95.00 95.00 95.00 94.50 BEIJING ELECTRIC MOTORS 87.50 86.50 89.50 86.50 90.20 88.50 90.20 91.00 88.50 89.50 91.70 89.50 91.70 92.40 92.40 91.70 93.00 93.50 92.40

TOTAL(*) :

68

MOTORES

Valor estimado en funcion de la informacion de Yura (diagramas de carga) informacin especifica de manuales de Eficiencia Energetica FIDE MEXICO, IDEA ESAPNA , NORMAS ESPECIFICAS SOBRE EFICIENCIA..

Nota : El nmero de polos se ha obtenido utilizando la frmula:

p=2*60f/RPMdonde: f es la frecuencia p es el numero de polos RPM: Informacion de planta Los datos de eficiencia viebe dado en funcion del nuemro de polos y RPM.

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CUADRO RESUMEN DE INVERSIN Y PAYBACK SIMPLEMarca Motor Modelo : General Electric : IEEE-841 - EFICIENCIA PREMIUMREAExplotacin de Canteras Trituracin Secundaria Transporte, Almacenamiento y Pre-homogenizacion Molinos Crudos 2 Horno 2 Enfriador Transporte de CLINKER Molino de Cemento 2 Sistema de Extraccion, Ensacado y Despacho Molinos Crudos 1 Homogenizacion Horno 1 Molino de Cemento 1 Alimentacion Bombas Agua Planta TOTAL

INVERSIN ($)1694.00 28317.00 11173.00 5613.00 73384.00 6544.00 8909.00 74498.00 26711.00 23245.00 28116.00 14414.00 95705.00 398323.00

AHORRO ($/Ao)1042.67 12983.08 7464.05 1377.30 39730.68 5532.56 4959.30 28398.58 13557.19 12830.67 22149.48 9974.48 57037.28 217037.31

PAYBACK (Ao)1.62 2.18 1.50 4.08 1.85 1.18 1.80 2.62 1.97 1.81 1.27 1.45 1.68 1.8411

E V A L U A C IN E C O N M IC AV id a til (V ) 1 0 a os T as a a n tic ip ad a d e in fla ci n en lo s co sto s d e en er g a (r 2) E st am o s as u m ie n d o u n in cr e m en t o d e u n 4 %

F R MU L ASD e p r e cia ci n ( D )

D=T IR

I Vx1 00

I : in ve r si n e n la c o m p r a d el m o t o r

TIR =

S-B -D A

B : C o s to a d icio n al d e ma n t en im ie n to A = I+ B : in v er si n to t al, in c lu ye in st ala ci n S : A h o r r o s al a o p o r e n e rg a U S $/ A O T as a d e in te r s ef ec tivo (i)

i=

(1 + TIR) 1 (1 + r2 )

V alo r p re s en t e d e las g an an c ias (V P )

(1 + i) n 1 VP= i(1 + i) n

V alo r p re s en t e d e lo s a h o r r o s (V P A )

V P A = S xV PR e lac i n d e b e n ef icio c o s to (B C )

BC =

VPA A

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CUADRO RESUMEN DE EVALUACIN ECONMICAMarca Motor : General Electric Modelo : IEEE-841 - EFICIENCIA PREMIUMREAExplotacin de Canteras Trituracin Secundaria Transporte, Almacenamiento y Pre-homogenizacion Molinos Crudos 2 Horno 2 Enfriador Transporte de CLINKER Molino de Cemento 2 Sistema de Extraccion, Ensacado y Despacho Molinos Crudos 1 Homogenizacion Horno 1 Molino de Cemento 1 Alimentacion Bombas Agua Planta TOTAL

Inversin ($)1,694 28,317 11,173 5,613 73,384 6,544 8,909 74,498 26,711 23,245 28,116 14,414 95,705 398,323

Ahorro ($/Ao)1042.67 12983.08 7464.05 1377.30 39730.68 5532.56 4959.30 28398.58 13557.19 12830.67 22149.48 9974.48 57037.28 217037.31

Payback Depreciac ($/Ao) (Ao)1.62 2.18 1.50 4.08 1.85 1.18 1.80 2.62 1.97 1.81 1.27 1.45 1.68 1.84 169.40 2831.70 1117.30 561.30 7338.40 654.40 890.90 7449.80 2671.10 2324.50 2811.60 1441.40 9570.50 39832.30

Costos Mantto ($/Ao)100 550 500 100 1,250 300 200 1,300 450 300 1,100 350 1,600 8,100

TIR (%)43.10 33.26 50.09 12.53 41.73 66.89 42.47 25.92 38.42 43.35 62.42 55.43 47.1441.61

i0.38 0.28 0.44 0.08 0.36 0.60 0.37 0.21 0.33 0.38 0.56 0.49 0.41 0.36

VP2.55 3.26 2.20 6.65 2.63 1.64 2.59 4.04 2.85 2.54 1.76 1.99 2.34 2.64

VPA ($)2659.14 42277.55 16413.26 9157.10 104566.16 9067.87 12831.61 114827.40 38611.91 32542.70 38971.18 19808.72 133232.03 572787.01

BC1.48 1.46 1.41 1.60 1.40 1.32 1.41 1.51 1.42 1.38 1.33 1.34 1.371.41

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INDICADORES DE CONSUMO (Kwh/Tm)PERIODO DE ANALISIS JULIO DEL 2006 A JUNIO DEL 2007 MES PRODUCCION (Tm) Consumo de Energa (kWh) Consumo especifico (kWh/Tm) observacin

jul-06 ago-06 sep-06 oct-06 nov-06 dic-06 ene-07 feb-07 mar-07 abr-07 may-07 jun-07 PROMEDIO

59,360.00 81,955.76 85,114.13 90,567.46 77,924.00 90,054.47 66,553.69 54,517.65 72,983.84 62,851.58 83,314.00 77,663.00 75,017.87

6,398,772.00 6,739,797.00 7,710,551.00 7,901,728.00 6,932,879.00 8,008,833.00 7,408,637.00 5,721,128.00 7,560,909.00 6,914,703.00 7,408,336.00 6,890,733.00 7,155,115.73

107.80 82.24 90.59 mejor indicador 87.25 88.97 buen indicador 88.93 111.32 104.94 103.60 110.02 88.92 88.73 buen indicador

CONSUMO EN ENERGA VS PRODUCCION8,500,000 8,000,000 7,500,000 7,000,000 6,500,000 6,000,000 5,500,000 50,000y = 43.49x + 3861285.20 R = 0.62

ENERGIA (kWh)

mejor indicadory = 43.49x + 3175868.82 R = 1.00

60,000

70,000

80,000

90,000

100,000

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PRODUCCION DE CEMENTO (Tm)

CUADRO RESUMEN DE AHORROS EN POTENCIA Y ENERGATOTAL MOTORES: RANGO DE POTENCIAS: FACTOR DE SIMULTANEIDAD: 68 20 HP - 300 HP 0.75

CONSUMO HISTRICOMES Jul-06 Ago-06 Sep-06 Oct-06 Nov-06 Dic-06 Ene-07 Feb-07 Mar-07 Abr-07 May-07 Jun-07 FP 14.425 15.310 15.225 15.287 14.724 14.799 15.721 14.950 14.892 15.161 15.362 15.400 15.105 POTENCIA (MW) HP 4.260 4.173 6.582 6.449 4.101 9.467 4.479 4.308 4.378 5.159 4.454 4.435 5.187 %HP/FP 29.532 27.257 43.232 42.186 27.852 63.971 28.491 28.816 29.398 34.028 28.994 28.799 34.341 ENERGA (MWh) FP HP %HP/FP 6,156.001 622.915 10.119 6,597.462 591.703 8.969 7,640.384 634.314 8.302 7,723.341 744.090 9.634 6,709.506 626.418 9.336 7,542.511 945.469 12.535 7,281.726 570.304 7.832 5,690.723 343.719 6.040 7,605.366 415.539 5.464 6,945.876 364.045 5.241 7,454.850 397.522 5.332 6,884.659 391.446 5.686 84,232.405 6,647.485 7.892

CUADRO COMPARATIVO DE AHORROS DE POTENCIA Y ENERGAFP (%) GE - IEEE-841 Reduccin en(Mw, Mwh) GE - EPACT Reduccin en(Mw, Mwh) BEIJING ELECTRIC Reduccin en(Mw, Mwh) 2.094 0.719 1,709.918 134.944 2.672 13.86 0.918 13.86 2,232.159 2.03 176.158 2.03 19.660 2.970 17.692 POTENCIA HP (%) 19.660 1.020 17.692 FP 3.471 2,923.875 2.650 ENERGA (%) HP 3.471 230.734 2.650

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VENTAJAS COMPARATIVAS DE MOTORES EFICIENTESUn motor de mayor eficiencia, disminuye los costos operativos. Los ahorros en el ciclo de vida til es alto y se puede generar un fondo para otras inversiones en tecnologas eficientes. En un ao el costo operativo es aproximadamente (6 a 7) veces el costo de compra del motor. Los motores de alta eficiencia poseen un menor deslizamiento (mayor velocidad de operacin) que los motores de eficiencia estndar. Los motores de alta eficiencia son ms robustos y mejor construidos que los motores estndar, lo que se traduce en menores gastos en mantenimiento y mayor tiempo de vida til.

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VENTAJAS COMPARATIVAS DE MOTORES EFICIENTESDebido a sus menores prdidas, los motores de alta eficiencia operan a temperatura ms baja que los motores de tipo estndar. Esto redunda en una vida ms larga del aislamiento y del lubricante. Por su diseo especfico, tienen la capacidad de tolerar mayores variaciones de voltaje y diferentes temperaturas ambiente.

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CONCLUSIONES:Las evaluaciones econmicas y los resultados obtenidos aconsejan realizar las inversiones en motores de eficiencia Premium o alta eficiencia. La reduccin de potencia es del orden 12 a 19% y entre un 2 a 5% en energa (estos porcentajes dependen del tipo de industria y antigedad de los motores elctricos) Las inversiones son muy rentables y se recuperan en menos de dos aos. Menor presin en la contratacin de mayor potencia para el crecimiento de la planta. Los motores Eficientes asociados a otras tecnologas como: variadores de velocidad, arrancadores de estado slido permiten obtener mayores ahorros y mejorar la vida til de los equipos.

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EFICIENCIA VS COSTOS OPERATIVOS DE MOTORES ELECTRICOSC os tos ope rati vos US $/ A o

250000 200000 150000 100000 50000 0 0 20 40 60 Eficiencia (n) 80 100 12019

MOTOR 60 HP MOTOR 100 HP MOTOR 125 HP

BENEFICIOS ESPERADOS DEL PROYECTO EFICIENCIA ENERGETICA

Mejores consumos especficos hasta alcanzar los ptimos deseados y luego recomendar cambios tecnolgicos en el tiempo oportuno. Reduccin de costos operativos y Prdidas de energa. Mejorar las condiciones ambientales y la competitividad de la empresa a nivel nacional e internacional; reduccin de las emisiones de CO2; 1 kwh = 0.59 ton de CO2 (EIA - DOE). Disposicin de informacin precisa y oportuna para la toma de decisiones ahorrando tiempo y dinero. Postergar inversiones por el lado de la oferta de energa sobre todo los recursos por parte del estado.20

MUCHAS GRACIASIng. Alberto Sandoval Rodrguez E-mail: gerencia@cenytec.com21