Motores Eléctricos & Eficiencia Energética

Transcripción

1 Motores Eléctricos & Eficiencia Energética Jornada sobre aplicación de la norma ISO en la industria, ICA Buenos Aires, 05 de Noviembre de

2 Agenda Eficiencia energética en la industria y en motores eléctricos SIEMENS Normativa de eficiencia energética Herramientas SIEMENS para la eficiencia Cierre y conclusiones Página 2 Siemens 2014

3 Cada vez hay un mayor Awareness de la "Eficiencia Energética" Tendencias irrevocables a nivel mundial: Globalización, urbanización, cambios demográficos, cambio climático Recursos esca Mayores costos de la energía Demanda energética que crece Polución en aumento Oil production Energy price Energy consumption CO 2 emissions Medidas de protección ambiental Cuellos de botella en supply chain Costos en aumento Energía: la escasez de recursos hace que la utilización sostenible sea necesaria. Página 3 Siemens 2014

4 Siemens Comprometida con la protección del Medio Ambiente Nuestro portafolio verde" es uno de los más grandes en el mundo 1) Siemens generó ventas por 29.9 billones con su portafolio verde (40% de todas sus ventas en el mundo) 1) Los clientes de Siemens redujeron sus emisiones de CO 2 en 317 millones de toneladas en el mundo entero 1) Nuevamente No. 1 en el Dow Jones Sustainability Index a nivel mundial (sector "Diversified Industries") 1) Siemens ha sido un pionero en la sustentabilidad y en la eficiencia energética por más de 160 años 1) Source: Siemens Annual Report 2011 Página 4 Siemens 2014

5 Por qué es tan importante el motor eléctrico en el mundo de la eficiencia energética? Página 5 Siemens 2014

6 Los costos del ciclo de vida de un motor eléctrico Motor ej. 440 Instalación ej. 170 Energía ej Total Cost of Ownership (TCO) : Costo total del ciclo de vida El Consumo de Energía típicamente representahasta un 95% de los costos del ciclo de vida del motor! *statistical motor lifetime DKI info brochure 09/99 Página 6 Siemens 2014

7 Ejemplo: Accionamientos representan el 70% del consumo eléctrico en la industria de Alemania *) Reducción de demanda de energía: Menores costos de producción Mayor productividad Mayor eficiencia Ejemplo Alemania Industria Demanda de energía eléctrica 43% Industria en general 70% Motores eléctricos y drives Mejores ventajas competitivas Edificios, etc. Utilización doméstica Transporte 27% 27% Iluminación, IT, etc. 3% 30% From cost factor to success factor The entire drive train has to be analyzed to achieve a reduction in the energy demand of electric drives. *) Source: Energie Agentur NRW (2010) Página 7 Siemens 2014

8 Principales cargas en aplicaciones accionadas con energía eléctrica de la industria *) Aplicaciones accionadas en forma eléctrica 69% Otras aplicaciones: mezcladoras, cintas transportadoras, etc. 23% Bombas 30% Aire comprimido 10% Compresores de refrigeración 14% Ventiladores 14% *) Source: Rationelle Energiegewinnung in der Industrie, Fraunhofer Institut System und Innovationsforschung Karlsruhe Bombas, ventiladores, compresores, cintas transportadoras, compresores, son accionamientos con un potencial de ahorro energético importante y técnicamente realizable Página 8 Siemens 2014

9 Qué es un motor eléctrico? Energía eléctrica Energía Mecánica U, I M, n Un motor transforma energía eléctrica en energía mecánica. Página 9 Siemens 2014

10 Potencia, pérdidas y eficiencia P eléctrica P 1 = 3 * V * I * cos r Estator P cu1 P Fe P zus 1 Rotor P cu2 P R P zus 2 h = P2 P1 Las pérdidas son la diferencia entre la potencia absorbida y la entregada. El calor de las pérdidas se disipa a través de la carcasa. P mecánica P = 2 M * n 9,55 Página 10 Siemens 2014

11 Pérdidas fundamentales en motores eléctricos Pérdidas en los conductores del estator (cobre) Pérdidas en el núcleo Pérdidas en los conductores del rotor (Aluminio) Pérdidas mecánicas por fricción y ventilación Pérdidas adicionales Página 11 Siemens 2014

12 Cambios en los motores para lograr mayores niveles de eficiencia: IE2, IE3, IE4 P eléctrica P 1 = 3 * V * I * cos r Objetivo: Minimizar pérdidas Estator Rotor P cu1 P Fe P zus 1 P cu2 P R Mayor cantidad de cobre Láminas de menores pérdidas Láminas de menor espesor Cobre en lugar de aluminio Optimización del fan y rodamientos Geometría del laminado P zus 2 Eficiencia: P mecánica P = 2 M * n 9,55 h = P P 2 1 = P P mecánica mecánica + pérdidas h = P P mecánica eléctrica Las pérdidas son la diferencia entre la potencia absorbida y la entregada. El calor de las pérdidas se disipa a través de la carcasa. Página 12 Siemens 2014

13 Factor de Servicio Factor de Servicio: 10% a 15% Todos los motores estándar SIEMENS son aislación clase F, utilizados hasta el límite de la clase B (sobreelevación propia de temperatura nunca supera los 80 C). El aislamiento SIEMENS DURIGNIT IR 2000 de alta tecnología tiene una reserva que permite operar el motor lejos del límite térmico y sin estrés. Con este grado de aislamiento (F/B), los motores IE1 SIEMENS accionados en forma directa a la red poseen un factor de servicio SF = 1,1. En los IE2 e IE3, SF = 1,15. Esto quiere decir que pueden operar con una sobrecarga permanente del 10% en IE1 (sin consulta previa) ó 15% en IE2 é IE3. Página 13 Siemens 2014

14 La importancia del factor de carga para el Cos φ El Cos φ toma distintos valores de acuerdo a los diferentes niveles de carga que podemos tener en el motor. Cuanto menor es el nivel (factor) de carga, menor es el Cos φ. En consecuencia, menor es la Eficiencia Energética del sistema. Página 14 Siemens 2014

15 La importancia del nivel de carga para el η El η toma valores distintos de acuerdo a los diferentes niveles de carga que podemos tener en el motor. Cuanto menor sea el factor de carga, menor será el η. En consecuencia menor será Eficiencia Energética del sistema. Por esto es importante tener cuidado con el sobredimensionamiento del motor. Página 15 Siemens 2014

16 El mundo normativo y la eficiencia energética Normas técnicas y Normas de Gestión Normas Técnicas Eficiencia Energía Inst. Eléctricas De aplicación Internacional Norma IEC Eficiencia Energía Inst. Eléctricas De aplicación Local Reglamentación AEA Normas de Gestión de la Energía De aplicación Internacional Norma ISO De aplicación Europa Norma DIN EN Motores De aplicación Internacional Norma IEC Motores: De aplicación Local Norma IRAM Motores: Mercado NAFTA Regulación EISA EPACT (Nema) Página 16 Siemens 2014

17 El mundo normativo y la eficiencia energética Normas técnicas y Normas de Gestión Normas Técnicas Eficiencia Energía Inst. Eléctricas De aplicación Internacional Norma IEC Eficiencia Energía Inst. Eléctricas De aplicación Local Reglamentación AEA Motores De aplicación Internacional Norma IEC Motores: De aplicación Local Norma IRAM Motores: Mercado NAFTA Regulación EISA EPACT (Nema) Página 17 Siemens 2014

18 Normativa técnica de aplicación Eficiencia en Motores a través de la IEC Página 18 Siemens 2014

19 2008: Un cambio importante para determinar la eficiencia de los motores Cálculo de las pérdidas: Antes Conforme a IEC η era una magnitud determinada à Las pérdidas adicionales P LL se asumían como un valor total del 0.5% Ahora Conforme a IEC :2007 η es una magnitud determinada à Las pérdidas adicionales P LL son efectivamente calculadas en forma indirecta. Pérdidas adicionales P LL (De acuerdo a IEC ): Pérdidas producidas por la corriente de carga en el hierro de la parte activa y en otras partes metálicas del motor (aparte de los conductores); pérdidas por contracorrientes en el bobinado causadas por corrientes de carga dependientes de las pulsaciones del flujo magnético. Página 19 Siemens 2014

20 Categorías de eficiencia IE1, IE2, IE3 e IE4 Alcance anterior de la norma: 2, 4 polos / 1,1 a 90 kw 400 V / 50 Hz Motorreductores: No Alcance hasta marzo 2014: 2, 4, 6 polos / 0,75 a 375 kw <1000 V / Hz Motorreductores: Si Alcance vigente: 2, 4, 6, 8 polos / 0,12 a 1000 kw <1000 V / Hz Motorreductores: Si IE4 se incluirá en la norma Mayor Rango: Se limitan muchas excepciones Página 20 Siemens 2014

21 Eficiencia en motores Página 21 Siemens 2014

22 Evolución del marco legal obligatorio para Europa Motores Eficiencia Mercado IE2 para TODOS los motores (de acuerdo al estándar) IE3 para motores >7.5 kw 375 kw ó variador + IE2 motor IE1/ EFF2 Ende IE2 eficiencia mínima para motores de inducción, 0.75 kw 375 kw IE3 eficiencia mínima para motores de inducción, 7.5 kw 375 kw ó combinación variador + motor IE2 IE3 para TODOS los motores 0.75 kw 375 kw ó variador + IE2 motor IE3 eficiencia mínima para motores de inducción, 0.75 kw 375 kw ó combinación variador + motor IE2 Página 22 Siemens 2014

23 Normativa legal y técnica aplicable para motores y eficiencia energética en el mundo actual USA, Canada & Mexico (NEMA) Europe (IEC) Russia (GOST) Korea (KEMCO) Taiwan (CNS) China (CCC) India (IS) South Africa (SABS) Brazil (ABNT) Australia* (AS/NS) * IE3 from 2014 onwards Página 23 Siemens 2014

24 Nuestra respuesta a los requerimientos de eficiencia en todo el mundo 1LA7 / 1LG4 / 1LE una plataforma para todo el mundo 1LA7/1LG4 IE1 Aluminio y Hierro 1LE1 IE1, IE2, IE3, IE4 Aluminio y Hierro 1LE0 IE1 e IE2 Hierro 1LE es la nueva plataforma global de nuestros motores SIEMENS cubre TODAS las eficiencias IE1, IE2, IE3 e IE4! Página 24 Siemens 2014

25 Norma IRAM (Argentina) Etiquetado de Eficiencia Energética para Motores de Inducción Trifásicos en Argentina Las tablas y tolerancias son las de la norma IEC Como toda norma, es voluntarista y no tiene vigencia de ley. SIEMENS ARGENTINA etiqueta sus motores en forma proactiva y voluntaria. Página 25 Siemens 2014

26 Motores de alta eficiencia 1LE0 Motores Alta Eficiencia: 0,55 a 315 kw Fundición de hierro IE2 IE2 1LE1 Motores Alta Eficiencia y Premium: 0,75 a 315 kw Aluminio & Fundición de hierro IE2 & IE3 IE3 1LE1 Motores Eficiencia Súper Premium: 2,2 a 200 kw Aluminio & Fundición de hierro IE4 IE4 Página 26 Siemens 2014

27 Motores IE4 con Eficiencia Super Premium La más alta eficiencia con mínimos costos de operación SIMOTICS GP/SD motores IE4 Features Seamless range of SIMOTICS GP and SIMOTICS SD motors across a wide power range extending from 2.2 kw to 200kW IE4 motors on a standard platform with identical power density, the same as the standard line motors in IE2 and IE3 Highest efficiency Super Premium efficiency based on rugged induction motor technology User benefits Comprehensive product portfolio consequentially continued in IE4 with aluminum or cast iron enclosures Same connection dimensions with the same shaft height and same handling when changing efficiency classes Maximum energy saving with minimized operating costs and emissions based on proven and known technology Line and converter operation possible Flexibility regarding planning, use and retrofit Página 27 Siemens 2014

28 DT Configurator Portal Product DT Configurator! Dimensionales Data Sheets Certificados Manuales Equivalencias entre líneas Y más Página 28 Siemens 2014

29 Eficiencia Energética en tu celular SIMOTICS EE Comparator Aplicación para analizar eficiencia itunes Android IE1 IE2 IE3 Motores IE1, IE2, IE3, IE4 IE4 Página 29 Siemens 2014

30 Android o ios Página 30 Siemens 2014

31 The simple way to determine the payback time of high-efficiency IE4 motors SIMOTICS EE-COMPARATOR App to calculate energy saving potential and overview of local minimum efficiency requirements Features/functions IE1/IE2/IE3/IE4 comparison for DOL motors The portfolio is supplemented to include SIMOTICS GP SH and SIMOTICS SD SH Overview of local MEPS* directives for 14 countries Low number of input fields, such as power, number of poles, operating hours, price of electric power functionality Free-of-charge App for ios and Android u Customer benefits Simple and intuitive calculation of the breakeven point for high efficiency motors All 1LE1 platform motors can be compared with one another Intuitive information about local directives and exceptions Can be simply and intuitively used to obtain fast results The results can be passed on by Registration not required *MEPS: Minumum efficiency performance standard: Página 31 Siemens 2014

32 Sinasave 6.0 Web Contamos con la versión nueva del software Sinasave 6.0!!! Dos novedades importantes: - Incluye motores IE3 - Es una aplicación web. No está disponible como un software que se descarga, sino que es una aplicación que se puede utilizar online. FAQs / Start SinaSave 5.0 Web Página 32 Siemens 2014

33 SinaSave 6.0 energy saving potential with Integrated Drive Systems SinaSave 6.0 Features/functions u Customer benefits The energy saving potential and payback times for a wide range of IDS solutions for pump and fan applications can be determined Expansion of the product portfolio regarding SINAMICS converters and the inclusion of SIMOTICS motors and SIRIUS switchgear Graphically oriented operating concept Expanded functionality e.g. using the optional login The comparison modules for energy saving motors (FSD), direct drives (HTDD) and MV drive systems (VSD MV) will initially remain available in SinaSave 5.0 Provides decision-making support when investing in energy-efficient technologies Wide range of comparison options various control modes and extensive product combinations in IDS High degree of usability, through e.g. intuitive user guidance Simple to use as individual data can be saved Calculations that have already been started can be continued and exchange with other users Página 33 Siemens 2014

34 Cierre & Conclusiones 2014 Página 34 Siemens 2014

35 Consideraciones para eficiencia de motores eléctricos: El ciclo de trabajo y el tipo de servicio Las condiciones de la instalación eléctrica (tensión, disponibilidad de potencia, frecuencia) El grado de sobredimensionamiento y el factor de servicio Las condiciones del sitio en temperatura y humedad La ventilación (distancias mínimas para el flujo de aire) El tipo de transmisión de la carga (correas, poleas) Página 35 Siemens 2014

36 La eficiencia energética ha llegado para quedarse. Más aún cuando se trata de motores eléctricos, los cuales pueden permanecer en una planta por décadas. Siempre es necesario efectuar un análisis técnico de la aplicación y un análisis financiero de la inversión. Hacerse valer de las herramientas de los fabricantes y asesorarse es una forma de tomar una ventaja competitiva. Página 36 Siemens 2014

37 La eficiencia energética es una tendencia irrevocable. Responsabilidad con el medio ambiente Una mayor ventaja competitiva en costos. Menor disponibilidad de energía en el mundo. Estar informado para mejorar la toma de decisiones es la mejor forma de estar preparado para el cambio Usted puede contar con SIEMENS! Página 37 Siemens 2014

38 Muchas gracias por su participación! Ing. Mariano De Luca Product Manager LV Motors Argentina Process Industries & Drives Business Development and Marketing SIEMENS Argentina Página 38 Siemens 2014

39 Anexo: Overview de algunas familias de motores SIEMENS SIMOTICS: La familia de motores más grande del mundo Unrestricted / Siemens AG All Rights Reserved.

40 SIMOTICS: Portafolio de motores SIEMENS La familia de motores más grande del mundo SIMOTICS Low voltage motors for line and inverter operation Motors for motion control applications High-voltage motors Hochspannungsmotoren General Purpose Severe Duty Explosion Protected Definite Purpose Flexible Duty Transnorm High Torque Servo Main Linear Torque Direct Current High Voltage GP SD XP DP FD TN HT S M L T DC HV Application examples Pumps / Fans / Compressors: Mixers Mills Extruders Motors with explosion protection Ship propeller drives Paper machine applications Centrifuges Machine tools e.g.: Turning / Milling / Grinding Production machines e.g.: Packaging / Plastics processing / Textile Timber / Glass / Ceramics Printing / Presses Handling and assembling systems Robotics Drive applications in all industries with DC Pumps Compressors Main drives with high power for: Ships Rolling mills Mills Página 40 Siemens 2014

41 SIMOTICS Motores IE1 de Aluminio 1LA7 & 1LE1 Característica / Función Beneficios Plenamente armonizados con SINAMICS G110 Eficiencia IE1 u Peso optimizado Carcasa de aluminio 1LA7: Carcasas 63 a 90, 0,09 2,2 kw 1LE1: Carcasas 100 a 160, 1,5 18 kw Factor de Servicio: 1,10 IP55 u Alta performance para todas las aplicaciones de la industria de baja potencia Aptos y optimizados para funcionamiento en motorreductores Página 41 Siemens 2014

42 SIMOTICS Motores IE1 de Hierro 1LG4 Característica / Función Beneficios Plenamente armonizados con SINAMICS G110, G120, y MICROMASTER Eficiencia IE1 Carcasas 180 a 315 según IEC kw Factor de Servicio: 1,10 IP55 Tensión y frecuencia: 400/690 VD/VY 50Hz, 460 V 60 Hz u u Diseño pensado para cumplir con todos los requisitos; amplio espectro de opcionales Carcasa de fundición de hierro Alta performance para todas las aplicaciones de la industria que requieran un servicio mas robusto Aplicaciones en la industria del cemento, oil & gas, metals, alimentos y bebidas Página 42 Siemens 2014

43 Nueva Familia de Motores 1LE0! Plataforma universal 1LE: El motor del futuro, en el presente. Página 43 Siemens 2014

44 1LE0: Carcasa y Tamaños Material de carcasa: Fundición de hierro Rango de tamaños constructivos: (Norma IEC) Página 44 Siemens 2014

45 1LE0 Velocidades: 2, 4 y 6 polos Eficiencias: IE1 e IE2 Protección mecánica: IP55 Doble cáncamo izaje Una sola pieza de fundición B35/B34 Si, B5/B14 : para corte de patas, consultar antes! Página 45 Siemens 2014

46 1LE0 Rango de potencia en lista estándar: kw 0, CV Rango de potencia en lista ampliada: kw CV Página 46 Siemens 2014

47 1LE0 tensiones y frecuencias 0,75 CV a 4 CV 220/380 VD/VY 50Hz 440 VY 60Hz 5,5 CV a 425 CV 380/660 VD/VY 50Hz 440 VD 60Hz Página 47 Siemens 2014

48 Motores de alta eficiencia 1LE0 Motores Alta Eficiencia: 0,55 a 315 kw Fundición de hierro IE2 IE2 1LE1 Motores Alta Eficiencia y Premium: 0,75 a 315 kw Aluminio & Fundición de hierro IE2 & IE3 IE3 1LE1 Motores Eficiencia Súper Premium: 2,2 a 200 kw Aluminio & Fundición de hierro IE4 IE4 Página 48 Siemens 2014

49 Motores IE4 Super Premium La más alta eficiencia con mínimos costos SIMOTICS GP/SD motores IE4 Features Seamless range of SIMOTICS GP and SIMOTICS SD motors across a wide power range extending from 2.2 kw to 200kW IE4 motors on a standard platform with identical power density, the same as the standard line motors in IE2 and IE3 Highest efficiency Super Premium efficiency based on rugged induction motor technology User benefits Comprehensive product portfolio consequentially continued in IE4 with aluminum or cast iron enclosures Same connection dimensions with the same shaft height and same handling when changing efficiency classes Maximum energy saving with minimized operating costs and emissions based on proven and known technology Line and converter operation possible Flexibility regarding planning, use and retrofit Página 49 Siemens 2014