Al transformar la energía eléctrica en energía mecánica, la potencia consumida por el motor eléctrico está constituida

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3 Contenido 1 Antecedentes t 2 Aplicaciones Industriales 3 Estándares para motores eléctricos 4 Eficiencia y Pérdidas en Motores Eléctricos 5 Medidas para la reducción de pérdidas 6 Clases de Eficiencias 7 Programa de ahorro de energía Standard

4 Antecedentes Standard Se estima que aproximadamente el 60% del consumo de la energía eléctrica generada se debe al funcionamiento de los motores eléctricos Al transformar la energía eléctrica en energía mecánica, la potencia consumida por el motor eléctrico está constituida por las pérdidas electromagnéticas y mecánicas y alcanzan del 5 al 25 % de la potencia de entrada. La operación y conservación de los motores en la industria representa uno de los campos mas fértiles de oportunidades en el ahorro de energía. El ahorro de energía comienza desde la selección apropiada de los motores. Al seleccionar un motor se deberá tomar en cuenta los diferentes factores, tales como: tipo de carga, condiciones ambientales de operación, la eficiencia, el factor de potencia, costo de energía y duración del motor.

5 Eficiencia y Pérdidas en Motores Eléctricos La eficiencia de un motor eléctrico es la medida (porcentaje) de su habilidad para convertir la potencia eléctrica que toma de la red en potencia mecánica útil. = (Potencia Mecánica / Potencia Eléctrica)X100 Standard

6 Eficiencia y Pérdidas en Motores Potencia Activa PA (Entrada) PA = 3 VIcosΦ Φ (KW) Eléctricos V = Voltaje Nominal I = Corriente Nominal cos Φ = Factor de Potencia Standard Potencia Mecánica PM (Salida) PM = Par(Nm)x RPM /9.55 x1000 (KW) ó Par (lb-ft) x RPM / 5250 (HP) PM = PA x n n = EFICIENCIA

7 Eficiencia y Pérdidas en Motores Eléctricos Standard 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

8 Eficiencia y Pérdidas en Motores Pérdidas Magnéticas Eléctricos Debido a la histéresis y a las corrientes parásitas (Eddy) en el material del núcleo.estas pérdidas están en función de las propiedades magnéticas y espesor en la lámina de acero y son independientes de la carga. Pérdidas Eléctricas Pérdidas I 2 R en el estator. (efecto Joule). Estas pérdidas están en función de la resistencia ohmica del bobinado y de la corriente que demanda el motor en la línea. Pérdidas I 2 R en el rotor. Estas pérdidas están en función de la resistencia ohmica del rotor y de la corriente inducida. Varían directamente con el deslizamiento. Pérdidas Mecánicas Pérdidas por fricción en los rodamientos y por la circulación de aire de enfriamiento.estas pérdidas son independientes de la carga. Standard

9 Eficiencia y Pérdidas en Motores Eléctricos Pérdidas indeterminadas Son pérdidas remanentes, producidas por las corrientes parásitas en el acero magnético y embobinados. Factores que contribuyen a este tipo de pérdidas: Cantidad y geometría de las ranuras, entrehierro, etc. Ejemplo de distribución de pérdidas: Perdidas magnéticas 16% I 2 R en el estator 33% I 2 R en el rotor 15% Fricción y ventilación 14% Indeterminadas 22% TOTAL 100% Standard

10 Medidas para la reducción de pérdidas Cómo mejorar la eficiencia del motor? Acero al silicio usado en paquetes de laminación y cobre en bobinad con mejores propiedades magnéticas Calibre de la lámina mas delgada Mayor longitud del núcleo Reducción de la distancia del entrehierro Diseño eficiente del sistema de enfriamiento y ventilador Mayor cantidad de cobre en bobinas Mayor sección transversal de los conductores Tipo de rodamientos (antifricción) Standard

11 Medidas para la reducción de pérdidas En donde utilizar motores de alta eficiencia? Standard En instalaciones nuevas Cuando se realicen modificaciones mayores en procesos existentes Para sustituir motores que han fallado En motores estándar que operan sobrecargados o con baja carga En la adquisición i ió de equipos nuevos como compresores, sistemas de bombeo Cuando se desee reducir los costos de operación por el ahorro del consumo de energía eléctrica y de la demanda máxima.

12 Medidas para la reducción de pérdidas Cálculo de ahorro de energía Motores de Alta Eficiencia VS Motores de Eficiencia Estándar Aanual = x HP x R x TR (1/E1-1/E2 ) Aanual = Ahorro Anual HP = Potencia del motor R = Tarifa de la compañía suministradora ( $ / kwh ) TR = Horas de operación al año E1 = Eficiencia del motor estándar E2 = Eficiencia del motor de alta eficiencia M1 = Motor de Eficiencia Estándar M2 = Motor de Alta Eficiencia Standard Recuperación = ($M1 - $M2) / Aanual

13 Medidas para la reducción de pérdidas Cálculo de ahorro de energía Ejemplo Motor de 40HP, 2Polos, 3600rpm Motor de eficiencia estándar M1 E = 89.5 % Precio = $ Motor de alta eficiencia i i M2 E = 93.6 % Precio = $ Diferencia de precios $M2 - $M1 = : $ Aanual = x 40 x 0.18 x 4500 x ( 1 / /0.936 ) = $ (Ahorro anual) Standard Recuperación de la inversión = ($M1 - $M2) / Aanual = / = 0.27 años ( 3.2 meses)

14 Clases de Eficiencias Transparencia en la selección Al principio se hacía diferencia de clases de eficiencias en electrodomésticos e iluminacion Ahora existen clases de eficiencia para la selección de motores eléctricos Standard

15 EPAct Efficiency The Energy Policy Act of 1992 Ley para comercialización de motores de inducción JA Aplica a motores bajo norma NEMA MG-1 Más del 60% de electricidad es consumida por motores eléctricos Establecida para reducir la demanda de Energía Eléctrica Menos plantas de generación de energía Menos emisiones debido a estas plantas Standard

16 Clases de Eficiencias Eficiencias i i IEC y NEMA Antecedentes - En Estados Unidos se creo un nivel de eficiencia alto a través de la EPACT (Energy Policy Act) en Estos niveles superiores a los manejados en forma estándar en la norma NEMA MG-1 Después del ejemplo de Estados Unidios se realizó una iniciativa en la Comunidad Europera en cooperación con CEMEP 1) para implementar medidas para el mejoramiento de los niveles de eficiencia en motores por la razón de reducción de la emisión de CO 2. CEMEP describe la clasificación de eficiencia para motores de 2 y 4 polos en rangos de 1.1 to 90 kw. Y se subdivide en tres clases: "eff1" (High-efficiency motors) "eff2" (Improved-efficiency i motors) "eff3" (Standard motors) ) CEMEP = European Committee of Manufacturers of Electrical Machines and Power Electronics; Efficiency determined as before according to EN Standard

17 Clases de Eficiencias Eficiencias i i IEC y NEMA Estatus Rango de motores Método de prueba Legalmente prescribe eficiencia mínima Motor jaula de ardilla de 2-, 4- y 6-polos 60 Hz a 200HP (0.75 a 150kW) IEEE 112 B Voluntario para fabricantes Eficiencia clasificadas reducción drástica EFF3 motors 2- y4-pole 50 Hz jaula de ardilla 1.1 to 90 kw Procedimiento pérdidas individuales in acc. with IEC Standard Eficiencia Marcas en placa Valor ao nominal ηn acc. to NEMA MG1 Placa con, eficiencia nominal, letra de diseño, letra de código, Cont. NEMA MG1-12 CC032A Tolerance in acc. with IEC Clase de eficencia ηn, η3/4 de carga y clase de eficiencia en documentos

18 Clases de Eficiencias Placa de datos motores IEC ( ) ( ) Opción ( ) Standard

19 NEMA Premium Efficiency NEMA Premium Muchos términos han sido usados para describir eficiencias i i superiores a EPAct NEMA Premium es la norma que consolida estos términos Los beneficios son más comunes al incrementar los ahorros de energía (cambio de cultura). The Energy Policy Act of 2003 obliga a las leyes de USA a comprar motores NEMA Premium Con los motores Siemens ultra eficientes nos hacen líderes en la industria con los niveles nominales y mínimos garantizados de eficiencia Standard

20 Trifásico Cerrado de Uso General Tipo: RGZE Características Construcción TCVE ALTA Eficiencia (Premium) Diseño NEMA B Armazones: 145T al 256T Potencias: 1 a 200HP Polos : 2,4,6 y 8 Voltaje hasta 600 VCA Factor de Servicio: 1.25 para 2 y 4 polos T 1.15 los demás Aislamiento i Clase F Incremento de Temp. Clase F NEMA, MG1 CSA,IEEE 112, ISO 9001 NOM 016 Uso General Disponible con Brida C ó D Disponible Con y Sin Patas Standard Placa de alumini o Capuchón de Lámina Caja de Conexiones de lámina Carcasa De Fundición Gris Aprobación CSA Escudos de Aluminio

21 Trifásico Cerrado de Uso Severo Tipo: RGZESD Características Construcción TCVE ALTA Eficiencia (Premium) Diseño NEMA B Armazones: 145T al S449 Potencias: 1 a 400HP Polos : 2,4,6 246 y 8 Voltaje hasta 600 VCA Factor de Servicio: 1.25 para 2 y 4 polos ( T) los demás Aislamiento Clase F Incremento de Temp. Clase F NEMA, CSA, IEEE ISO 9001 NOM 016 Uso General Disponible con Brida C ó D Disponible ibl Con y Sin Patas Standard Toda la Construcción en Fundición Gris Tres Años Garantía (RGZESD) Placa de Acero Inoxidable Aprobación CSA Graseras en ambos lados Drenes

22 Trifásico Cerrado de Uso Severo IEEE841 Tipo: RGZESDX Características Construcción TCVE ALTA Eficiencia (Premium) Diseño NEMA B Armazones: 145T al S449 Potencias: 10 a 400HP Polos : 2,4,6, y 8 Voltaje hasta 600 VCA Factor de Servicio: 1.15 Aislamiento Clase F Incremento de Temp. Clase F NEMA, CSA ISO 9001 NOM 016 Cumple con IEEE841 Uso Severo Disponible con Brida C ó D Disponible Con y Sin Patas Toda la Construcción en Fundición Gris Tres Años Garantía Placa de Acero Inoxidable Aprobación CSA Drenes Graseras en ambos lados Standard

23 Trifásico Cerrado A Prueba de Explosión Tipo: RGZZESD Características Construcción TCVE ALTA Eficiencia (Premium) Diseño NEMA B Motor de uso severo Armazones: 145T al 449T Potencias: 1 a 300HP Polos : 2,4,6 y 8 Voltaje hasta 600 VCA Factor de Servicio: 1.0 Aislamiento Clase F Incremento de Temp. Clase F NEMA, CSA ISO 9001 NOM 016 Sello UL para atmósferas peligrosas clasificadas (Clase 1, División 1 Grupo D, Clase 2, Grupos F & G, etc.) Disponible Standard con Brida C ó D Disponible Con y Sin Patas Toda la Construcción de Fundición Gris Listado UL Aprobación CSA Placa de Acero Inoxidable

24 Motor NEMA Premium Tipo: RGZEESD Características Construcción TCVE Eficiencia i i NEMA Premium Diseño NEMA B Motor de uso severo Armazones: 145T al 449 Potencias: 1 a 400HP Polos : 2,4,6 Voltaje hasta 600 VCA Factor de Servicio: 1.25 para 2 y 4 polos ( T) 1.15 los demás Aislamiento Clase F Incremento de Temp. Clase F NEMA MG1, CSA Fabricación cert. ISO 9001 Disponible con Brida C ó D Disponible Con y Sin Patas Tres Años Garantía Standard Caja de fundición Placa de Acero Inoxidable Graseras en ambos lados Escudos de fundición

25 COMPARACION DE VALORES DE EFICIENCIA NORMALIZADOS 4 POLOS 100 NEMA (PE) (%) EFICIENCIA IEEE-841 EPACT STD (NOM) Standard HP

26 Eficiencias % HP Eficiencia Estándar Alta Eficiencia NOM Nema Premium Standard

27 Standard Innovation by Design

28 New NEMA Qué es nuevo? Carasa de motor de Fundición ió de Aluminio Motores NEMA Premium Mejor nivel de eficiencia en motores industriales. Líder en tecnología motores con rotor de cobre Motores de uso general en NEMA Premium Nuevo Diseño Standard De acuerdo a la plataforma global de productos Siemens

29 New NEMA General Purpose (aluminum) GP10/100A - Alta Eficiencia & NEMA Premium General Purpose (cast iron) GP10/100 Alta Eficiencia & NEMA Premium Severe Duty (cast iron) SD10/100 - Alta Eficiencia i i &NEMAP Premium - IEEE 841 Standard

30 GP & SD Caracterítiscas y Beneficios ( Frames) Lider en la industria con nuestro rotor de cobre, el diseño del rotor es la clave para exceder los valores de la norma NEMA Premium, ofreciendo la mejor eficiencia en la industria New Technology Reducción de pérdidas -. Ranuras geométricamente. Standard

31 Uso General (GPA) Motores con carcasa de Aluminio ALTA EFICIENCIA USO GENERAL CARCASA DE ALUMINIO Economy & Performance GP10A Nuevo Producto Compite contra motores de lámina rolada. NEMA PREMIUM USO GENERAL CARCASA DE ALUMINIO Standard GP100A Nuevo Producto Compite contra motores NEMA Premium de lámina rolada

32 GPA Características y Beneficios ( Frames) Aislamiento clase F no higroscópico, resistente a los hongos y corrosión. Con elevación de temperatura de clase B a F.S. 1.0 que cumple con la NEMA MG1 Parte 31 Variadores de Velocidad. Balanceo dinámico del rotor ensamblado en un eje de acero de alta dureza. Líder en el mercado con nuestro rotor de cobre (GPA100), Aluminio (GPA10) Superior Operating Performance Standard Laminaciones de alto grado eléctrico, con Barniz especial para uso inversor que penetra en las bobinas de cobre para trabajar a altas temperaturas, el cual provee protección contra hongos, corrosión y choques eléctricos

33 Uso General (GPA) Motores con carcasa de Aluminio ALTA EFICIENCIA USO GENERAL CARCASA ALUMINIO ive GP10A 1 a 20HP 3600, 1800, 1200, 900 RPM Carcasas 143T-256T TEFC 3 fases, 60 hertz, 230/460V Cumple o excede Eficiencia EPAct F.S. 1.15, 40 C ambiente NEMA diseño B, operación contínua

34 Uso General (GPA) Motores con carcasa de Aluminio NEMA PREMIUM GENERAL PURPOSE CARCASA ALUMINIO g GP100A 1 a 20HP 3600, 1800, 1200, 900 RPM Carcasas 143T-256T TEFC 3 fases, 60 hertz, 230/460V El más alto nivel de eficiencia en la industria excede NEMA Premium FS F.S , 40 C ambiente NEMA diseño B, operación contínua

35 Uso General (GP) Motores con carcasa de Fundición ió ALTA EFICIENCIA USO GENERAL CARCASA DE FUNDICIÓN ht GP10 Nuevo Producto NEMA PREMIUM USO GENERAL CARCASA DE FUNDICIÓN GP100 Nuevo

36 Uso General (GP) Motores con carcasa de Fundición ALTA EFICIENCIA USO GENERAL CARCASA DE FUNDICIÓN GP10 1 a 20HP 3600, 1800, 1200, 900 RPM Carcasas 143T-256T TEFC 3 fases, 60 hertz, 230/460V Cumple o excede Eficiencia EPAct F.S. 1.15, 40 C ambiente NEMA diseño B, operación contínua 18 meses de garantía

37 Premium electrical grade steel laminations for the stator and random wound, copper, high temperature, inverter- GP Características y Beneficios ( Frames) r g ance Proprietary, inverter-rated, non-hygroscopic, Dynamically y balanced moisture resistant NEMA Class F insulation rotor with a Class B temperature rise at 1.0 SF that assembly is keyed to a meets NEMA MG1 Part 31 for ASD (adjustable high strength carbon speed drives). steel shaft. Industry- leading die cast copper (GP100) Die cast aluminum (GP10)

38 Uso General (GP) Motores con carcasa de Fundición NEMA PREMIUM USO GENERAL CARCASA DE FUNDICIÓN t GP100 1 a 20HP 3600, 1800, 1200, 900 RPM Carcasas 143T-256T TEFC 3 fases, 60 hertz, 230/460V El más alto nivel de eficiencia en la industria excede NEMA Premium F.S. 1.15, 40 C ambiente NEMA diseño B, operación contínua 18 meses de garantía 1 to 20HP (Phase 1)

39 Uso Severo (SD) Motores con carcasa de Fundición ALTA EFICIENCIA SEVERE DUTY CARCASA DE FUNDICIÓN y orse SD10 Nuevo Producto NEMA PREMIUM SEVERE DUTY CARCASA DE FUNDICIÓN SD100 Nuevo Producto

40 Uso Severo (SD) Motores con carcasa de Fundición ALTA EFICIENCIA SEVERE DUTY CARCASA DE FUNDICIÓN s rds SD10 1 a 20HP 3600, 1800, 1200, 900 RPM Carcasas 143T-256T TEFC 3 fases, 60 hertz, 230/460V Cumple o excede Eficiencia EPAct F.S. 1.15, 40 C ambiente NEMA diseño B, operación contínua 3 años de garantía

41 SD Características y Beneficios ( Frames) hed ance Proprietary, inverter-rated, non-hygroscopic, Dynamically y balanced moisture resistant NEMA Class F insulation rotor with a Class B temperature rise at 1.0 SF that assembly is keyed to a meets NEMA MG1 Part 31 for ASD (adjustable high strength carbon speed drives). steel shaft. Industry- leading die cast copper (SD100) Die cast aluminum (SD10) Premium electrical grade steel laminations for the stator and

42 Uso Severo (SD) Motores con carcasa de Fundición NEMA PREMIUM SEVERE DUTY CARCASA DE FUNDICIÓN d ing SD100 1 a 20HP 3600, 1800, 1200, 900 RPM Carcasas 143T-256T TEFC 3 fases, 60 hertz, 230/460V El más alto nivel de eficiencia en la industria excede NEMA Premium F.S. 1.15, 40 C ambiente NEMA diseño B, operación contínua 3 años de garantía

43 IEEE 841 (SD) Motores con carcasa de fundición NEMA PREMIUM IEEE 841 CARCASA DE FUNDICIÓN e SD100 IEEE841 Nuevo Producto

44 IEEE 841 (SD) Motores con carcasa de fundición ió NEMA PREMIUM IEEE 841 CARCASA DE FUNDICIÓN DE FIERRO GRIS s SD100 IEEE841 1 a 20HP 3600, 1800, 1200, 900 RPM Carcasas 143T-256T TEFC 3 fases, 60 hertz, 230/460V El más alto nivel de eficiencia en la industria excede NEMA Premium F.S. 1.15, 40 C ambiente NEMA diseño B, operación contínua 5 años de garantía

45 Programa de Ahorro de Energía SinaSave Energy Saving Software

46 Programa de Ahorro de Energía TM SinaSave TM El Software SinaSave TM esta diseñado para cálculo de ahorro de ahorro de energía en motores eléctricos. Se puede calcular los ahorros y el tiempo de recuperación de la inversión inicial; comparando motores EFF1 y NEMA Premium en contra de tres diferentes casos: Caso 1 Contra motores Siemens EFF2 o EPAct Caso 2 Contra motores diferentes a Siemens Caso 3 Estudio completo de instalación de una planta También el software es usado para ahorro de energía en variadores de velocidad SinaSave energy-saving program puede ser descargado

47 Ahorro de energía

48 Ahorro de Energía, %, % 285 % 160 % M 281 % 158 % ~ 265 % ~ 152 % 160 % M 142 % 100 % 100 %

49 Aplicación a Presión Constante Reducidos Costos de Operación Inversión Reducida

50 Regulación Tradicional de Presión Presión Controlada por válvulas automática o manualmente Válvula l de Compuerta o Válvula l Reductora de Presión De la Fuente P Válvula Reductora de Presión con Bypass De la Fuente P

51 Control de Presión con Drive de Velocidad Variable Ajuste de Presión De la Fuente El Control de Velocidad Variable mantiene una presión constante (ajuste de presión) en lazo cerrado

52 Consumo de Energía en Dos Diseños El Consumo de energía en una bomba es proporcional a los RPM 3 Si se reduce la velocidad en una bomba un 20%, Ud. Típicamente reduce el consumo de energía un 50%

53 Curva de Demanda Diaria Típicamente los diseños están hechos de acuerdo a la demanda pico más un margen de seguridad (20%) La demanda varia a través del día El posible ahorro de energía esta en el área entre las dos curvas % 40 20

54 Patrón de carga (on/off), suministro constante (100 % carga = 100% consumo de energía) Consumo de Energía, Diseño Tradicional Tamaño de Motor 75 kw, 0.12/kWh, 365 días de operación Consumo Anual de Energía: $78, % 80,000 CARGA 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 70,000 60,000 50,000 40,000 30, ,000 10,000 0% 0 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00

55 Consumo de Energía, Diseño de Presión Constante Tamaño de Motor 75 kw, 0.12/kWh, 365 días de operación Consumo anual de energía: $54,800 Ahorro anual: $24,040 Tiempo de reembolso menos de 1 año 100% 50,000 CARGA 80% 60% 40% 20% 40,000 30,000 20,000 10,000 0% 0 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 Carga requerida de acuerdo a la demanda Consumo de energía ( ley cubica ), con un convertidor de frecuencia, basado en el patron de carga Consumo de energía acumulado (USD), con convertidor de frecuencia

56 Reducidas Inversiones cuando se elige el diseño de presión constante t El diseño tradicional (llenado y vaciado) Desde la Fuente La presión en el sistema esta determinada por la altura del deposito Si las bombas están llenando el depósito, la aplicación es de arranque/paro (Softstarter)

57 Reducidas Inversiones cuando se elige el diseño de presión constante t Ajuste de Presión De la Fuente Diseño de presión constante El Control de Velocidad Variable mantiene una presión

58 Reducidos Costos de Mantenimiento Reducidos RPM significan ifi mayor tiempo de vida para la bomba. Un mejor Control de la Presión significa menos golpeteo y menos reventamiento de tubos y válvulas. Mejor Control de Presión y reducida presión durante baja demanda. Un deposito elevado es caro de mantener y siempre existe el riesgo de que el agua se vuelva contaminada. Futuras ampliaciones pueden necesitar mayor presión. Esto es muy costoso en sistemas de llenado y vaciado, mientras que esto es solo cuestión de programación en el diseño con el Variador. Un generador es necesario si la fuente de poder es inestable

59 Programa de Ahorro de Energía TM SinaSave TM

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