MOTORES EFICIENTES PARA EL SECTOR MINERO

Transcripción

1 MOTORES EFICIENTES PARA EL SECTOR MINERO INCREMENTAN LA PRODUCTIVIDAD, REDUCIENDO EL COSTO DE LA ENERGÍA Y SON AMIGABLES CON EL MEDIO AMBIENTE Lima, noviembre de 2011 Expositor: Ing. Orlando E. Ardito Chávez

2 Motores en la Industria CLASIFICACIÓN DE MAQUINAS ELÉCTRICAS MAQUINAS ESTÁTICAS TRANSFORMADOR MAQUINAS CON EXCITACION INDEPENDIENTE MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA EN DERIVACION (SHUNT) MAQUINAS ROTATIVAS MAQUINAS AUTOEXCITADAS EN SERIE COMPUESTA MAQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA MAQUINAS ASINCRONICAS MAQUINAS SINCRONICAS CON ROTOR DEVANADO CON ROTOR JAULA DE ARDILLA CON ROTOR CILINDRICO CON ROTOR DE POLOS SALIENTES

3 Motores en la Industria REALIDAD HOY Gran parte de la energía que se consume en la industria proviene de un sistema accionado por un motor. La energía que consumen durante su operación puede costar hasta 100 veces más de lo que se pagó por su compra. Una elección adecuada en el momento de la compra producirá beneficios de eficiencia energética duraderos y en consecuencia, ahorro de energía

4 Motores en la Industria EN CIFRAS Los motores eléctricos industriales y el sector terciario, son responsables de aproximadamente un 40% de la energía consumida en el mundo: 60 a 70% en el sector industrial 30 a 40% en el sector servicios El 90% la utilizan los motores de inducción de corriente alterna (CA) entre 0,75 y 200 kw (entre 1 y 260 HP) Para impulsar estos motores se producen 37 millones de toneladas anuales de CO2 La mejora del rendimiento de todo el sistema de accionamiento incorporado en la aplicación es un factor fundamental en el intento de ahorrar energía. Todo el potencial de ahorro energético de un sistema optimizado oscila por lo general entre el 30 y el 60% aproximadamente.

5 Motores en la Industria OPORTUNIDADES Los motores eficientes pueden tener un costo inicial ligeramente mayor que los motores estándar, pero retornar la inversión: Con el costo de la energía ahorrado, Con menor necesidad de mantenimiento, Ofreciendo con una solución confiable y Protegiendo al medio ambiente.

6 Motores en la Industria Consumo de Energía Eléctrica - en el Perú AÑO 2008 Consumo de electricidad SECTORES GWh % Residencial, Comercial & Público % Industrial % Minero Metalúrgico % Agropecuario y Agroindustrial 472 2% Pesquería 235 1% TOTAL % Fuente: MINEM-DGE, Balance Nacional de Energía 2008 El 55% se consume en el Sector Minero y Manufacturero.

7 Motores en la Industria Estimación del consumo de Energía en la Minería El 23% de la energía la consumen los motores eléctricos

8 Motores en la Industria Estimación del consumo de Energía Eléctrica en la Minería El 73% de la energía la consumen los motores eléctricos

9 Motores en la Industria Estimación del consumo eléctrico de motores en la Industria

10 Motores Eficientes Qué es un Motor Eficiente? IEC :2007 (NTP IEC :2010) // IEC :2007 Proporcionan la misma cantidad de potencia consumiendo menos energía. Motor de Eficiencia Estándar (IE1): Motor en operación y que buena parte de su vida útil ya ha transcurrido. Presentan una muy baja eficiencia. Motor de Alta Eficiencia (IE2): Motor con eficiencia superior al de eficiencia estándar, logra disminuir las pérdidas en alrededor 20%. Motor de Eficiencia Premium (IE3): Motor con eficiencia superior al de alta eficiencia, logra disminuir las pérdidas en alrededor 40%.

11 Motores Eficientes Qué es eficiencia (h)? Es la medida de la capacidad de un motor para convertir la potencia eléctrica que toma de la línea de alimentación en potencia mecánica útil. En el proceso de conversión siempre existirán pérdidas. MAQUINA Diagrama de Sankey para un motor Potencia Entrada PAG POTECIA DEL ENTREHIERRO PCONV Potencia Salida h = Potencia Salida Potencia Entrada PSCL (En el cobre del estator) Pnucleo (Del núcleo) PRCL (En el cobre del rotor) Pérdidas Pf (por fricción y ventilación) Pmisc (diversas) Pérdidas Un motor tiene una mayor eficiencia en la medida que logra reducir una mayor cantidad de pérdidas h = 1 - Potencia Entrada

12 Motores Eficientes Factores que influyen en la eficiencia Calidad y espesor en las laminaciones de acero del estator. Cantidad y calibre de cobre en el devanado. Luz entre el rotor y el estator. Ventilación Acercamiento en las tolerancias Balance de tensión Carga acoplada al motor Mantenimiento Cómo mejorar la eficiencia de un motor? Utilización de más cobre Utilización de mayores longitudes de núcleo Rediseño de la ventilación / refrigeración Utilización de mejores calidades de lámina magnética Mejoramiento de técnicas de maquinado

13 Motores Eficientes Factores que hacen el motor eficiente (24%) DEL ROTOR - Aceros de bajas pérdidas - Laminaciones más delgadas (10%) POR FRICCIÓN De los rodamientos, del ventilador - Ventilador menor - Sellos de los rodamientos (18%) ADICIONALES DE CARGA (34%) DEL COBRE DEL ESTATOR - Optimización en colocar cobre en las ranuras - Conductores más grandes (calibre) (14%) DEL FLUJO MAGNETICO De los rodamientos, del ventilador - Ventilador menor - Sellos de los rodamientos

14 Motores Eficientes Incremento en la eficiencia El incremento de la eficiencia, entre un motor estándar y uno eficiente, depende del tamaño. En motores pequeños se puede incrementar hasta en 5% la eficiencia. En motores grandes el incremento es menor, pero el beneficio es significativo por su gran potencia. RANGO (HP) INCREMENTO EN EFICIENCIA (%) de 0,25 a 2 5% de 3 a 10 4% de 15 a 40 3% de 50 a 150 2% mayor a 175 1% Fuente: UMR-IAC (USA), 2001

15 El rol del COBRE Ventajas y propiedades del COBRE La mayor utilización de cobre en los motores (rotor, mayores secciones de conductor en el bobinado y número de espiras), reduce las pérdidas por resistencia y también reduce la temperatura de operación. Esto se debe a las inmejorables características del cobre, como: - Alta conductividad eléctrica. - Menor índice de resistencia. - Mayor capacidad de conducción. - Mayor capacidad térmica. - Baja expansión cuando se calienta.

16 El rol del COBRE TENDENCIAS: Motor IE3 con rotor de COBRE Gracias a la utilización de cobre como material conductor de la jaula de ardilla, las pérdidas del rotor se reducen considerablemente: La eficiencia de los motores con rotores de cobre promedia un 90,7% Este tipo de motor reduce las pérdidas totales entre un 15% a más de un 20% y, además, Disminuye la temperatura operativa del motor, hecho que afecta positivamente la duración del aparato.

17 El rol del COBRE TENDENCIAS: Motor IE3 con rotor de COBRE

18 ANTAMINA Uso de Motores Eficientes en el Programa de Expansión

19 ANTAMINA CIA MINERA ANTAMINA, es un complejo minero polimetálico ubicado en San Marcos-Ancash, considerado uno de los mayores productores de cobre (Cu), zinc (Zn) y molibdeno (Mb), y una de las diez minas más grandes del mundo. Tiene cuatro zonas de operaciones: La mina, El campamento Yanacancha, en donde se encuentra la planta concentradora y el campamento para sus trabajadores, Puerto Punta Lobitos - Huarmey, donde se reciben los concentrados de la mina y son embarcados para su exportación; y, La presa de relaves. La empresa ha implementado un Sistema de Gestión Ambiental basado en la Norma ISO 14001: 2004 y está comprometida con salvaguardar el ambiente.

20 ANTAMINA Uso de Motores Eficientes en el Programa de Expansión

21 ANTAMINA Uso de Motores Eficientes en el Programa de Expansión El 5 de enero del 2010, se dio inicio a un proyecto de expansión con una inversión de 1,288 millones de dólares para extender la vida útil de la mina hasta el año Los cambios que implicaba este proyecto de expansión considera lo siguiente: Incrementar la capacidad de procesamiento de la concentradora. Aumento la capacidad de las actuales instalaciones de filtrado en Punta Lobitos. Reforzamiento del Sistema de Potencia, con una nueva línea de transmisión (55km) de 220kV. Incremento en la atención de vehículos de 300 TM en el Taller de Camiones. De manera consecuente con la política de uso sustentable de la energía, se pretendía iniciar con un plan piloto sólo para las celdas de flotación, sin embargo, gracias a la información técnica basada en casos éxitos similares a nivel latinoamericano proporcionada por Procobre, se determinó la utilización de motores de eficiencia Premium para los principales motores del proyecto.

22 ANTAMINA Uso de Motores Eficientes en el Programa de Expansión Existen diversos tipos de motores que operarán en la mina. Se determinó que debido a su gran número, los motores de pequeña potencia contribuyen significativamente al consumo total. Motores ( # ) DATOS Potencia HP

23 ANTAMINA Evaluación del Proyecto INFORMACIÓN SUPUESTOS EVALUACIÓN COMPARACIÓN RESULTADOS Motores Potencia 1 HP/kW ( # ) (HP) 217 de 1 a 150 0,7457 Horas de Precio Costo Unitario Tipo de Cambio Factor de Carga Operación Monómico Medio de la energía Soles/Dólar (Anual) (US$/MWh) (US$/MWh) 0, ,15 2, Eficiencia de los Motores % Máxima Demanda (MW) Energía Activa (TWh/año) Motores Standard Inversión Total Estimada (M US$) Costo de Electricidad (M US$) de 77,5 a 93,0 7,31 51,16 740, ,29 Motores Eficientes de 84,0 a 94,5 7,14 49,98 907, ,67 Ahorro de Energía (TWh/Año) Diferencia en Inversión (M US$) Ahorro en costo de la energía (M US$) ROI simple (Años) 2.54

24 CONCLUSION: A medida que las horas de operación anual y/o el precio monómico de la electricidad se incrementan, el retorno de inversión se acelera ANTAMINA Análisis de sensibilidad El retorno de inversión calculado podría sufrir ciertos cambios ante una variación de: 5000 horas / año 50 US$/MWh RETORNO DE INVERSION 6000 horas / año RETORNO DE INVERSION 60 US$/MWh US$/MWh 7000 horas / año 70 US$/MWh 8000 horas / año US$/MWh RETORNO DE INVERSION PC HORAS DE USO: Aceleración de 3.6 a 2.2 años ante una variación de 5000 a 8000 horas anuales. PRECIO MONOMICO: Aceleración de 2.8 a 1.8 años ante una variación de 50 a 80 US$/MWh. FACTOR DE CARGA Aceleración de 3.1 a 2.2 años ante una variación de 5000 a 8000 horas anuales.

25 CONCLUSIONES Los criterios para la selección técnica de motores son una continua actualización y evaluación de la información existente, que una vez definidas forman parte de su política de eficiencia energética. La decisión de adquirir un motor eficiente en lugar de un motor de eficiencia estándar es más favorable a medida que se incrementan las horas de operación del motor y/o se incrementa el precio monómico de la energía eléctrica. La adquisición de nuevos motores eficientes en lugar de motores de eficiencia estándar, a medida que se va renovando el parque industrial, debería ser parte de una política energética empresarial en el contexto del mejoramiento continuo y la reducción de impacto ambiental.

26 CONCLUSIONES El ahorro de energía eléctrica no sólo depende de la mejora en eficiencia de los motores utilizados, sino de la mejora en la eficiencia de todo el sistema. Adicionalmente a las características de eficiencia intrínsecas a los motores, existen otros factores que afectan su rendimiento: las instalaciones eléctricas en malas condiciones pueden generar diferencia y desbalance de tensión, lo cual redundaría en pérdidas en la eficiencia. Para evitar que disminuya la eficiencia, las instalaciones mecánicas también deben estar en óptimas condiciones. En el accionamiento de motores eléctricos, se encuentran importantes oportunidades de aumentar la eficiencia energética debido al avance en el diseño y construcción de motores eficientes.

27 RECOMENDACIONES Adopte una selección apropiada: el uso eficiente de la energía eléctrica en motores comienza en el momento de la selección. Siempre existe un motor adecuado a las necesidades requeridas, tanto en lo que respecta a su tipo, por condiciones ambientales de operación, por condiciones de arranque o regulación de velocidad, así como por su tamaño o potencia. Evite tanto el sobre como el sub dimensionamiento con respecto a cobertura de las necesidades. Analice en detalle el costo-beneficio real asociado con la adquisición de motores eficientes, relacionándolo con otros factores, tales como características de operación, mantenimiento, factor de carga, y mediciones de campo

28 MOTORES EFICIENTES PARA EL SECTOR MINERO INCREMENTANLA PRODUCTIVIDAD, REDUCIENDO EL COSTO DE LA ENERGÍA Y SON AMIGABLES CON EL MEDIO AMBIENTE Lima, noviembre de 2011 Expositor: Ing. Orlando E. Ardito Chávez oardito@gmail.com //