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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico

MOTORES ALTA EFICIENCIA

Ing. Alejandro Rueda Albino

JULIO DE 2017

2


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

3


— 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)

4


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

5


Efecto del Cambio de un Motor de 1Hp por uno de Eficiencia Premium…

6


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

7


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

8


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

9


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

10


Valores de eficiencia Eficiencia NOM-016-ENER-2010

11


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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Comparación de valores de eficiencia normalizados 4 Polos

13


Niveles de eficiencia de los Motores NEMA(4-Polos, Motores TCCVE)

14


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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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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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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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%


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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



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



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



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


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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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ROTOR

• Calibre de la lámina mas delgada

• Mayor longitud del núcleo

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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.


Movimiento Rotor

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ENTREHIERRO

• Reducción de la distancia del entrehierro

Entrehierro

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RODAMIENTOS

• Tipo de rodamientos (antifricción)

Balero de bolas- Directo -

Balero de rodillos-Polea y Banda-

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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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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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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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• 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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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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¿REPARAR

o

REMPLAZAR?

Reemplazo Motores Averiados

30


• 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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• 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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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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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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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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Factores que Afectan Operación de Motor Eléctrico

1. Efectos variación de frecuencia

2. Desbalanceo de voltaje

3. Número de reembobinados

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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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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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Procedimiento de Evaluación Energética de Motores Eléctricos a partir del Factor de Carga

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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


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


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


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


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


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


En el caso del ejemplo, al sustituir los valores correspondientes en la ecuación 3.2 yluego en 3.3 se tiene


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


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)


47


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


48


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.


49


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


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)

51


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


Paso No. 6 Determinar la eficiencia del nuevo motor

(6)

53



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


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


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


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)


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


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.


58


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


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



62


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.


63



64


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


65


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


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


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


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


69


¡MUCHASGRACIAS!

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Cel. 55-31-07-49-31

Asesores en Eficiencia Energética

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