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AHORRO DE ENERGÍA EN
MOTORES ELÉCTRICOS
Ing. Gustavo Cadena Bustamante
24 de mayo de 2013
USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA EN
MOTORES ELÉCTRICOS
SELECCIÓN DE MOTORES
MOTORES ALTA EFICIENCIA
FACTOR DE POTENCIA
VARIADORES DE VELOCIDAD
AUTOMATIZACIÓN
 DISTRIBUCIÓN DE LOS CONSUMOS DE LA ENERGÍA
ELÉCTRICA
MOTORES ELÉCTRICOS
Un motor eléctrico es una máquina que transforma energía
eléctrica en energía mecánica.
MOTORES ELÉCTRICOS
CORRIENTE CONTINUA
CORRIENTE ALTERNA
SERIE
MOTOR COMPOUND
SÍNCRONO
SHUNT
SIN ESCOBILLAS
PASO A PASO
SERVOMOTOR
SIN NÚCLEO
 ASINCRONO
MOTORES
ASINCRONOS
MOTORES
ASINCRONOS
SELECCIÓN MOTORES
ASINCRONOS
DATOS FUNAMENTALES DE LOS MOTORES
 Potencia, KW ó HP
 Tensión de servicio, KV ó V
 Frecuencia, HZ
 Velocidad nominal, r.p.m.
 Corriente nominal, A
 Factor de potencia, cos ángulo,
 Eficiencia, n%
SELECCIÓN MOTORES
ASINCRONOS
DATOS FUNAMENTALES DE LOS MOTORES
 Tipo y tamaño de armazón; P, TCCV, TCCV-X,...
 Posición de trabajo; vertical, horizontal
 Tipo de flecha; hueca, solida, doble extensión
 Par; estandar, alto par
 Tipo de acoplamiento; Flexible, brida "C" o "D"
 Temperatura de operación; clase de
aislamiento; B, F, H
Eficiencia en el uso de la energía en motores eléctricos
Se calcula que hay 1.5 millones de motores trifásico
factibles ha ser sustituidos
Alta población de motores de eficiencias muy bajas y con
más de 15 años
FACTOR DE POTENCIA
UN FACTOR DE POTENCIA ALTO (MAYOR DE 90)
BENEFICIOS:
1. Evitar cargos por bajo FP y obtener bonificación
2. Liberación de potencia en el transformador y en la
instalación. KVA=KW Toda la potencia produce trabajo
3. Reducción de corriente en alimentadores
4. Reducción de pérdidas en alimentadores
5. Reducción de la caida de tensión
6. Por lo anterior; Ahorro de energía
FACTOR DE POTENCIA
Los motores requieren de potencia activa y reactiva
para funcionar.
kW
kVAR
Medios de corregir el
factor de potencia
Bancos de capacitores.
Motores síncronos.
Condensadores síncronos.
Compensadores estáticos de VARS.
Corrección de factor de potencia
mediante bancos de capacitores
Casi siempre son el medio más económico.
Se pueden fabricar en configuraciones
distintas.
Son muy sensibles a las armónicas presentes
en la red.
Planteamiento de un caso práctico
Conductor 600 KCM
6 conductores (2/Fase)
220 Volts
FP= 70.0
500
KVA
350 KW
100 M
Operación: 20 horas diarias.
Objetivo
Subir el factor de potencia a 0.95 inductivo.
500
KVA
Datos previos
Tarifa HM
Costo promedio de kW-H =
Costo de kW de Demanda Máxima =
$ 1.33
$ 177.85
Cargo por bajo factor de potencia :
Facturació
3  0 . 90

n 
 1   Facturació
5  0 . 70

n  0 . 1714
Datos del recibo
Demanda Máxima medida 350 kW
62,248
Consumo de Energía 210,000 kWH
279,300
Facturación
341,548
Cargo por bajo FP (0.7)
58,541
Subtotal
400,089
+16% IVA
64,014
Total
464,103
Ahorros obtenidos
Ahorro mensual obtenido por evitar el pago de cargos
por bajo factor de potencia: $58,541
Ahorro mensual obtenido por la bonificación por alto
factor de potencia: $4,494
Ahorro  Facturació
1
0 . 90
n   1 
4
fp 2
AHORRO TOTAL : $63,035



BANCOS DE
CAPACITORES
VARIADORES DE VELOCIDAD
Aplicaciones con alto potencial de ahorro
presentes en la industria moderna
Ventiladores
Bombas
Compresores
VARIADORES DE VELOCIDAD
VARIADORES DE VELOCIDAD
POTENCIA Y TORQUE.
Un motor eléctrico convierte energía eléctrica en
potencia y torque para mover una carga
escencialmente mecánica.
Así pues, es la máquina la que define cómo
ha de comportarse el motor eléctricamente.
Esto es muy importante tenerlo claro.
El torque es proporcional al consumo de corriente
y a la potencia eléctrica consumida por el motor.
VARIADORES DE VELOCIDAD
TORQUE CONSTANTE.
“Sin importar a qué velocidad está la aplicación,
el requerimiento de torque para mantenerla en
movimiento es el mismo”
Ejemplos:
Banda transportadora
Tornillo sinfin
90
80
70
60
100
% RPM
50
40
30
20
10
0
Torque
Elevador de Cangilones
VARIADORES DE VELOCIDAD
TORQUE VARIABLE - LINEAL.
“El torque que demanda la aplicación a su fuerza
motriz es linealmente proporcional a la velocidad
de la misma”
Ejemplos:
Compresor pistón
Compresor de tornillo
90
80
70
60
100
% RPM
50
40
30
20
10
0
Torque
Compresor scroll
VARIADORES DE VELOCIDAD
TORQUE VARIABLE - EXPONENCIAL.
“La demanda de torque a la fuerza motriz es
geométricamente proporcional a la velocidad de
la aplicación”
Ejemplos:
Ventiladores
Bombas centrífugas
90
80
70
60
100
% RPM
50
40
30
20
10
0
Torque
VARIADORES DE VELOCIDAD
Caudal, torque y presión estática en aplicaciones
de torque exponencial.
La presión absoluta del fluido dentro de un ducto
o una tubería se comporta de manera análoga al
torque. La única diferencia es el exponente que
define su comportamiento.
Presión es proporcional al cuadrado del
porcentaje de velocidad de la aplicación.
Torque es proporcional al cubo de la misma
variable.
VARIADORES DE VELOCIDAD
Leyes de Afinidad.
Presión
Potencia/
Torque
0,
00
%
20
,0
0%
40
,0
0%
60
,0
0%
80
,0
0
10 %
0,
00
%
Caudal
RPM (%)
Caudal
Presión
Potencia
0
0,00%
0,00%
0,00%
10
10,00%
1,00%
0,10%
20
20,00%
4,00%
0,80%
30
30,00%
9,00%
2,70%
40
40,00%
16,00%
6,40%
50
50,00%
25,00%
12,50%
60
60,00%
36,00%
21,60%
70
70,00%
49,00%
34,30%
80
80,00%
64,00%
51,20%
90
90,00%
81,00%
72,90%
100
100,00%
100,00%
100,00%
110
110,00%
121,00%
133,00%
VARIADORES DE VELOCIDAD
AHORRO DE ENERGÍA.
Ejercicio No. 1: Torre de Enfriamiento.
VARIADORES DE VELOCIDAD
AHORRO DE ENERGÍA.
Ejercicio No. 1: Torre de Enfriamiento.
Potencia Ventiladores: 3 x 30Hp (3 x 22 kW)
El usuario utiliza sólo 2 ventiladores (arranque
directo) ya que cubren suficientemente las
demandas del sistema.
VARIADORES DE VELOCIDAD
AHORRO DE ENERGÍA.
Ejercicio No. 1: Torre de Enfriamiento.
Situación Actual.
a.- kWh que se consumen actualmente:
Si los ventiladores trabajan 24/7 el
consumo anual en kWh/año es.
22kW x 2 x 24h x 365 días
= 385.440 kWh/año.
VARIADORES DE VELOCIDAD
AHORRO DE ENERGÍA.
Ejercicio No. 1: Torre de Enfriamiento.
Situación Deseada.
b.- Para que tres ventiladores aporten el caudal
de dos, deben rotar al 66% de su velocidad
nominal. Así pues, por los tres ventiladores:
22kW x 3 x (0,66)³ x 24h x 365 días
= 166.219 kWh/año.
VARIADORES DE VELOCIDAD
AHORRO DE ENERGÍA.
Ejercicio No. 1: Torre de Enfriamiento.
Cálculo del ahorro en kWh.
c.- El ahorro anual en kWh es igual a:
385.440 – 166.219 = 219.221 kWh/año
VARIADORES DE VELOCIDAD
EN BOMBEO DE AGUA
VARIADORES DE VELOCIDAD
EN BOMBEO DE AGUA
VARIADORES DE VELOCIDAD
EN BOMBEO DE AGUA
VARIADORES DE VELOCIDAD
Compresores reciprocantes
Oil Pressure Bock (reciprocating)
Compressor
Presiones:
Mín: 4 PSI
Typ. 45 PSI
Máx: 60 PSI
70
60
50
40
30
20
10
0
10
20
30
40
Hz
50
60
70
VARIADORES DE VELOCIDAD
Compresores reciprocantes
Estimated life of reciprocating
compressors
25
20
Years
La vida útil de las piezas
mecánicas de un
compresor reciprocante se
incrementa en función de
la disminución de la
velocidad promedio del
equipo.
15
10
5
0
20
30
40
50
Hz
60
70
VARIADORES DE VELOCIDAD
Stage
W/O VLT
W/VLT
Energy consumption Bock compressor
140
120
% of Power
El consumo de energía en
un compresor de pistón es
proporcional a la velocidad
del mismo.
100
80
60
40
20
1/3
49,80%
28,80%
0
20
2/3
74,70%
64,90%
Full
100,00%
100,00%
30
40
50
Hz
60
70
VARIADORES DE VELOCIDAD
Compresores de tornillo
Load (%)
Slide
VLT
50
72
55
60
79,5
64
70
87
73
80
94,5
82
90
97,5
91
100
100
100
VARIADORES DE VELOCIDAD
La vida útil de los compresores manejados por
Drives puede incrementarse hasta un 36,5%
Estimated ife of Screw Compressors
30
Years
25
20
Slide
15
Drives
10
5
0
50
60
70
80
Capacity (%)
90
100
CASOS DE EXITO
AUTOMATIZACIÓN
Antes era para mejorar procesos, ahora aplica
al ahorro de energía
AUTOMATIZACIÓN
Eficientiza y optimiza el uso de energía;
consume lo necesario para poder operar
Evita el desperdicio de energía por tener
operando motores en vacío
De manera inteligente permite adecuar a las
diferentes necesidades
Monitorea permanentemente el estado de la
maquinaria, su desempeño y operación