Ahorro de Energía en Maquinaria e Instalaciones

Transcripción

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2 Ahorro de Energía en Maquinaria e Instalaciones Ing. Manuel Lara Gerente de Negocios en el Área de Energía, Petróleo y Gas

3 Agenda Por qué medir energía? Calidad de la energía Potencia y Energía Voltaje y corriente Mediciones Características más comunes de energía

4 Por qué medir la Energía? Pruebas Control Monitoreo

5 Pruebas en maquinaria Generadores de Pruebas Pruebas en Motores Pruebas de Transmisión y Motores Pruebas Pruebas en Convertidores de Energía Integración en Redes Eléctricas Pruebas en Sistemas de Control Certificación de Componentes Emisiones Acústicas

6 Fabricación Prototipos Rápidos Simulación HIL en Tiempo Real Componentes de Manufactura Control Control de Motores (FOC) Orientado al Campo Diseño de Algorítmos de Control Mecatrónica Control de Electrónica

7 Ruido, Vibración y Dureza (NVH) Monitoreo de Condición de Maquinaria Cumplimiento de Energía Eléctrica Calidad de la Energía Monitoreo Monitoreo de Instalaciones y Estructuras Detección de Errores Monitoreo Ambiental Emisiones Acústicas

8 Qué es Calidad de la Energía? La frecuencia relativa y severidad con que ocurren desviaciones a partir del estándar de voltaje o corriente senoidal a 60Hz en el suministro eléctrico de algún sistema. Copper Development Association

9 Cuál es la Importancia en la Industria? Reduce Costos de Operación y Mantenimiento Elimina multas de la empresa de servicio Aumenta la vida de las máquinas al protegerlas de fallas o desgastes excesivos Reduce el Consumo de Energía Máquinas corriendo sin fallas consumen menos energía

10 En qué pensamos al hablar de monitoreo de energía?

11 Complejidad en la Tecnología para Medición de Energía Monitor de Calidad de la Potencia PMU Perturbación y Calidad de la Potencia Relé de Protección de Bus Grabador de Perturbaciones Grabador Digital de Fallas Medidor de Consumo Gestión de Datos de la Subestación Grabador de Potencia del Sistema Detección de Arco

12 Mediciones de Potencia Cantidad Calidad

13 Mediciones de Potencia Digitalizaciones de las señales de voltaje y corriente Mediciones de nivel, incluyendo RMS Watts, VARs, factor de potencia Armónicos, sobre y bajo voltaje, distorsiones Análisis de fase

14 Métodos para Medir la Potencia Recuerde: P = V*I Potencia Real = V*I*cos(Phi) Es necesario medir V, I, y Phi V ~ 120 VAC o 240 VAC I se puede medir indirectamente con sensores inductivos Phi se puede calcular si V e I son adquiridas simultáneamente

15 NI CompactRIO basado en FPGA Ambiental -40 a 70 C en rango de temperatura 50g choque, 5g vibración Procesador Tiempo-Real FPGA Bajo Consumo de Potencia 9 a 35 VDC, 7-10 W típico FPGA reconfigurable para tareas de sincronización, tiempos, disparos y control a alta velocidad Módulos de E/S con acondicionamiento integrado para conexión a sensores y actuadores Procesador de tiempo real para medición, análisis, conectividad y control confiables

16 Módulos de NI para Medición de Energía Voltaje NI 9225 Medición de 300 Vrms 50 ks/s/ch Aislamiento entre canales Corriente NI 9227 Medición de hasta 5 Arms 50 ks/s/ch Sincronización con NI 9225

17 Medición del Voltaje Cable negro Cable blanco NI 9225 Red eléctrica

18 Medición de Corriente Cables B,W,G NI 9239 Cable negro pasa por la Dona

19 Triángulo de Potencia Requiere sólo mediciones de V y I Potencia Aparente = V * I φ [VA] PF = Potencia Real Potencia Aparente Potencia reactiva[var] Potencia Real = V * I cos( φ) [Watts]

20 Tipos de Cargas Eléctricas Resistiva Inductiva Capacitiva En Fase Fase Retrasada Fase Adelantada

21 Importancia del Factor de Potencia Considere dos receptores con la misma potencia de 1000 W; Conectados a la misma tensión de 230 V; Uno con F.P. alto y el otro con uno bajo. Primer receptor Segundo receptor

22 Bajo Factor de Potencia Mayor consumo de corriente Aumento de las pérdidas en conductores (efecto Joule) Sobrecarga de transformadores, generadores y líneas de distribución Problemas con caídas de voltaje Incremento en la potencia aparente

23 Cuánto Cuesta Tener Mala Calidad en la Energía?

24 Caída de Voltaje 10% < Voltaje RMS < 90%

25 Incremento de Voltaje 110% < Voltaje RMS

26 Interrupción de Voltaje Voltaje RMS < 10%

27 Armónicos/ Ruido Forma de Onda con Ruido

28 Sincronización

29 DEMO: Análisis de la Calidad de la Energía con NI NI 9225: Medición de hasta 300 Vrms NI 9227: Medición de hasta 5Arms NI STC3 o FPGA (en chasis) NI STC/FPGA: Sincroniza las mediciones de los canales de voltaje y de corriente

30 Módulo de LabVIEW Datalogging and Supervisory Control Desarrollo gráfico para sistemas de monitoreo y control distribuido Datos de tendencias en tiempo real e históricos Registre datos desde la red a bases de datos históricas Monitoree y registre alarmas y eventos Conéctese con dispositivos por OPC y que corren LabVIEW Real- Time Agregue seguridad a las interfaces de usuario de LabVIEW

31 Generación de Reportes para Microsoft Office Cree y edite programáticamente reportes en Microsoft Word y Excel Llene plantillas de reportes Controle el formato y la apariencia Envíe reportes por correo electrónico y ejecute macros Incluye VI Express

32 Conectividad a Bases de Datos Inserte y seleccione datos de BDs OLE u ODBC Microsoft Access, SQL Server, Oracle, etc. Cree o elimine tablas Guarde registros en formato XML Ejecute consultas por SQL Inmediatas, parametrizadas Ejecute procedimientos almacenados Acepte o rechace múltiples operaciones (transacciones)

33 Librería EPM (Electrical Power Measurements)

34 EJEMPLO DE APLICACIÓN: SMART GRID

35 Modelo Actual de la Red Hoy Control parcial Pobre integración No optimizado Mantenimiento reactivo Orientado a la empresa de servicios

36 Futuro Más segura Control total Integrada Optimizada Interactiva Auro-reparable Orientada al cliente Smart Grid, la Red Inteligente Fuente: The Economist

37 PQA IEC / EN TR hasta15ks/s por canal PMU IEEE C (opcional) Monitoreo de flujo de potencia Procesamiento de potencia en tiempo real Control y alarmas Almacenamiento (4 GB) Protocolos DNP3.0, Modbus RTU, y IEC Resolución de 1 us en GPS (opcional) Smart Grid Analyzer Instrumentación Híbrida: Una unidad con PMU + PQA + TR + Flicker

38 Factores Impulsando la Smart Grid Necesidad de robustez y confiabilidad Hacer la red de energía más nodal (como Internet) Mayor consumo de electricidad por los clientes Necesidad de balancear la carga y la distribución Generación distribuida y almacenamiento de la electricidad Solar, eólica, vehículos eléctricos La red debe ser bidireccional Vehículos eléctricos?

39 Retos y Oportunidades Lado Oferta Oferta más eficiente y limpia Administración de la oferta y demanda + Medición & análisis Lado Demanda Uso más eficiente Conservación y manejo Oferta limpia tomará tiempo implementar Tecnología actual permitiría ahorrar 30% Debemos desarrollar tecnologías y modelos de negocio para incrementar la adopción de energías renovables Opción a Mediano Plazo Debemos enfocarnos en eficiencia energética para resolver los retos actuales Acción a Corto Plazo

40 Caso de Estudio Nucor Steel Corporation Uno de los mayores productores de acero en Estados Unidos Adquisición de planta de reciclaje en Marion, Ohio que requería de ser actualizada Uso excesivo de energía para el proceso Mala calidad proveniente de la red

41 Nucor Steel Corporation Cálculo automátizado de la potencia requerida para el proceso de fundición de acero Utilizaron LabVIEW y NI PACs El proceso antes era una estimación y generaba sobre-calentamientos Beneficios Previene fundir de más el acero, lo que desperdicia electricidad Limita la máxima demanda de potencia de la red de la ciudad Evita multas costosas asociadas a problemas de calidad y parpadeos

42 PREGUNTAS? Ing. Manuel Lara

43 Disfrute el resto del día