TÉCNICAS DE ANÁLISIS PARA EL AHORRO DE ENERGÍA

Transcripción

1 TÉCNICAS DE ANÁLISIS PARA EL AHORRO DE ENERGÍA 1ª Parte: Metodología del Diagnóstico Energética Acapulco, Gro./ Septiembre 29 del 2010 Ing. Ramón Rosas Moya

2 Transformación de la Energía para el Trabajo de Bombeo Energía Eléctrica Energía Mecánica Aguas residuales Pérdidas Energía Mecánica Energía Hidráulica Fuente

3 aysa Pérdidas en Instalaciones Eléctricas 6% Pérdidas en Motores eléctricos 10% TRABAJO UTIL 21% Fugas 18% Pérdidas en el acoplamiento 1% Périddas en la bomba 32% Pérdidas en la conducción 12%

4 Gestión de la Eficiencia Energética Etapas y Herramientas Diagnóstico Energético Balances de Energía Ahorros de Energía Reducción de los Costos de Environmental Operaciónm y impact mantenimiento reduction Incremento en la Productividad Evaluar los beneficios Evaluación del desempeño Hacer El Compromiso Fijar Las metas Indicadores Energéticos Evaluación Económica Análisis Estadístico Ahorros / año Mejorar los Indicadores Fechas Que está funcionando? Que No? Mejoras Requeridas Evaluación del Progreso Implementar el Plan de Acción Crear un Plan de Acción Actividades Responsables Financiamiento

5 Diagnóstico Energético al Sistema Electromecánico PASOS: 1er Paso: Recolección de Datos 2 Paso: Mediciones en Campo 3er Paso: Análisis de la Información 4 Paso: Identificación de Oportunidades de Ahorro de Energía 5 Paso: Propuesta de Medidas de Ahorro 6 Paso: Evaluación de las Medidas

6 1er Paso: Recolección de Datos Revisión del Contexto Datos de Diseño Levantamiento de Datos de las Instalaciones Datos Históricos de Producción y Consumo Datos de Operación Datos de Mantenimiento

7 1er Paso: Recolección de Datos Revisión del Contexto Contexto Nacional y del Sector Energético Contexto Nacional del Sector Agua Situación del Organismo de Agua Datos Generales de la Población 1er Paso: Recolección de Datos Situación Energética, Fuentes de Energía, Consumos de Energía General y por Sectores, etc Estructura de las Tarifas de Energía. Problematica Particular Tipo de Compañía (Pública, Privada, Etc.) Contexto Jurídico del Agua Principales Fuentes de Agua Disponibles Estadísticas de Demanda de Agua, Cobertura de Agua potable y Alcantarillado, Prospectiva, etc Problemas para el Suministro de Agua. Características Topográficas, Distancoa de las fuentes, etc Otra Información de Utilidad Infraestructura genderal. Número y Tipo de Instalaciones Impacto del Consumo de Energía del Sector Agua, sobre el Consumo Energético Nacional Instalaciones con mayor consumo de energía, y su impacto en los costos totales Otros aspetos de interés con relación al agua y la energía

8 1er Paso: Recolección de Datos Datos de Diseño Bombas Motores Conducciones Principales Tanques Datos de Diseño Flujo y Carga Carga de Succión Disponible Esquema de Operación Potencia al Freno (BHP) Datos Nominales: HP, RPM, V, Effic. Diámtero y Longitud Material y Rugosidad Presión de Operación Dimensiones y Capacidad Perfil de la Demanda de Agua Presión de Operación

9 1er Paso: Recolección de Datos Estadística de Producción y Consumo Mes Producción (m3) Consumo de Electricidad (kwhe) Consumo de Combustibles (kwht) Consumo Total de Energía (kwh) Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

10 1er Paso: Recolección de Datos Diagramas de las Tuberías Principales

11 1er Paso: Recolección de Datos Levantamiento de datos de las Instalaciones SUMINISTRO ELÉCTRICO: Suministrador: No. de Servicio: Tarifa contratada TRANSFORMADOR: Tipo: Capacidad: kva Rel. de transf.: V. INTERRUPTOR PRINCIPAL Marca Capacidad: Ajuste: ARRANCADOR: Tipo: Capacidad: PROTECCIÓN Make: Capacity: CAPACITORES Setting: Capacidad: kvar HP 1.1. SISTEMA ELÉCTRICO DIAGRAMA UNIFILAR 40 KVAR 300 A SIEMENS ATP HP. Submonitor CONDUCTORES SISTEMA DE TIERRAS Transformador - Arrancador Hay sistema de tierras? SI NO Calibre: Están separados el neutro y la tierra? SI NO Longitud: m. Está aterrizado el transformador? SI NO Calibre: Agrupamiento: Está aterrizado el arrancador? SI NO Calibre: Arrancador - Motor Está aterrizado el motor? SI NO Calibre: - Calibre: OBSERVACIONES: El arrancador esta aterrizado por la Longitud: m. estructura de la tuberia del poste al arrancador y el motor. Agrupamiento: EM P37 EQUIPO DE MEDICIÓN

12 1er Paso: Recolección de Datos Levantamiento de datos de las Instalaciones 1.2 MOTOR ELÉCTRICO DATOS DE PLACA o NOMINALES: Marca: Tensión: V Tipo: Capacidad: HP Corriente: A Frame: Velocidad: RPM Eficiencia: F.S. HISTORIAL: Antigüedad: años Operación: hrs/año # de rebobinados: OBSERVACIONES: 1.3 BOMBA CUERPO IMPULSOR Marca: Tipo: Tipo: Material: Modelo: Diámetro: m Antigüedad: años Antigüedad: años FLECHA: Diámetro: pulg. Longitud: m DATOS DE DISEÑO: Carga: m.c.a. Gasto: lps OBSERVACIONES: 1.4 CARACTERÍSTICAS DEL FLUIDO Fluido: Temp.: C Peso Específico: kg/m³ OBSERVATIONS:

13 2 Paso: Mediciones en Campo 2.1 MEDICIONES HIDRÁULICAS NIVELES: Nivel del depósito de succión (A): m. Longitud de tubería en succión (B): m. Distancia descarga a manómetro (C): m. Altura manómetro de descarga (D): m. Succión Descarga TOPOGRAFIA: Elevación en sitio de equipo: m.s.n.m. Elevación sitio mas alto de entrega: m.s.n.m. OBSERVACIONES: Pressure Dynamic level Diameter (m) Material Pressure (kg/cm2) Flow (lps) Speed (m/s)

14 2 Paso: Mediciones en Campo 2.2 MEDICIONES ELÉCTRICAS TENSIÓN POR FASE: Van: Vbn: Van: CORRIENTE POR FASE: Ia: Ib: Ic: POTENCIA ACTIVA: Pa: Pb: Pc: FACTOR DE POTENCIA Fpa: FPb: FPc: DISTORSIÓN ARMÓNICA: THD-V THD-I Punto de Medición: En la entrada del Interruptor Principal CORRIENTE DEL CAPACITOR: Ia: Ib: Ic: 29 SISTEMA DE TIERRA: Continuidad: SI NO Corriente: A Resistencia: Ω OBSERVACIONES: En el Equipo Control Carcasa OBSERVACIONES: de 2.3 MEDICIONES DE TEMPERATURA Entrada al Interruptor Salida del Interruptor Entrada al Arrancador Salida del Arrancador A B C A B C A B C A B C MOTOR TRANSFORMADOR Rodamientos Bornes Alimentador Bornes de baja Tensión Bote Radiador Sup. Inf. X1 X2 X3 X0 X1 X2 X3 Sup. Inf. Sup. Inf.

15 3er Paso: Análisis de la Información Tópicos a Analizar Cálculo de Pérdidas Eléctricas en Conductores y Transformadores Cálculo de Pérdidas y Eficiencia del Motor Cálculo de Pérdidas y Eficiencia de la Bomba Cálculo de Pérdidas de Carga en Tuberías Cálculo de Pérdidas en la Red Cálculo de Indicadores Energéticos Análisis Estadístico de los Indicadores Establezca la Línea Base Elaboración de Balances de Energía Análisis del Mantenimiento

16 3er Paso: Análisis de la Información 3.1 ANÁLISIS DEL TRANSFORMADOR O P E R A C I Ó N A C T U A L DATOS Potencia Demandada: (kw) Capacidad Factor de Potencia: kva Horas al año: Pérdidas nominales Factor de Carga: Pfe: W Pérdidas Nominales: (kw) Pcu: W Factor de inc. por temp. Pérdidas Totales (kwh/año) 0 Accion Propuesta O P E R A C I Ó N E S P E R A D A Capacidad kva Pérdidas nominales Pfe: DATOS W Potencia Demandada: (kw) Factor de Potencia: Horas al año: Factor de Carga: Pérdidas Nominales: (kw) Pcu: W Factor de inc. por temp. Pérdidas Totales (kwh/año) 0 AHORROS: Demanda: kw Energía: kwh/año

17 3er Paso: Análisis de la Información Condición Actual Tramo Transf-Arrancador Arrancador-Motor 3.2 EVALUACIÓN DE LOS CONDUCTORES ELÉCTRICOS Long. Resistencia Corriente Oper Pérdidas Calibre m Ω/km Ω A h/año kw kwh/año 3.3 EVALUACIÓN DEL MOTOR ELÉCTICO TENSIÓN (V) CORRIENTE (A) POTENCIA (kw) FACT. POT. Promedio Desbalance Calificativo V/Vn EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA F. Carga η nominal Depreciación η real EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DEL MOTOR HP Efic' FC Efic. Nom Efic. 75% Efic 100% FA ant FA reb FA vv FA dv

18 3er Paso: Análisis de la Información 3.4 EVALUACIÓN DE LA BOMBA CARGA DE BOMBEO Pérdidas en la línea de succión: m Pérdidas en la línea de descarga: m Peso específico del fluído: kg/m3 Velocidad en la línea de desc. m/s Carga neta de bombeo: mca Desviación con respecto al diseño: GASTO: Gasto medido: m3/s Desviación con respecto al diseño: POTENCIA MANOMÉTRICA De Diseño: kw De acuerdo a mediciones: kw Desviación EFICIENCIA: Eficiencia electromecánica: Eficiencia de la bomba: Succión Descarga Q A v m3/s m2 m/s Perdidas en la tubería Visco Reynolds Rug. Abs Rug. Rel fr Hfr m2/s mm mca

19 3er Paso: Análisis de la Información Parámetro Unidades Cantidad Consumo total de energía kwh/año Eficiencia del motor % Eficiencia de la bomba % Perdidas por fugas % Carga útil Pérdidas eléctricas Pérdidas en el motor Pérdidas en la bomba Pérdidas en succión y de Pérdidas de carga Pérdidas por fugas Trabajo util mca kwh/año kwh/año kwh/año kwh/año kwh/año kwh/año kwh/año 3.5 BALANCE DE ENERGIA ACTUAL

20 3er Paso: Análisis de la Información Consumo Específico (kwh/m3)

21 3er Paso: Análisis de la Información 4, , , , , , , Emisión de Gases de Efecto Invernadero (Ton. CO2)

22 3er Paso: Análisis de la Información Equipo Eficiencia Electrimecánica Consumo Específico (kwh/m3) Costo de la Energía (USD/kWh) Pozo % Pozo % Pozo % Pozo % Pozo % Pozo % Pozo % Bomba R % Bomba R % Bomba R % Bomba D % Bomba D %

23 4 Paso: Identificación de Oportunidades de Ahorro de Energía Tarifas de Suministro Reducción de Pédidas en las Instalaciones Eléctricas Mejorar la Eficiencia en Motores Eléctricos Mejorar la Eficiencia en Bombas Reducción de Pérdidas Mecánicas Reducción de Fugas y Pérdidas de Carga Mejorar la Operación Mejorar el Mantenimiento Sustituir el Suministro de Energía Fije sus Metas

24 4 Paso: Identificación de Oportunidades de Ahorro de Energía Consumo Específico (kwh/m3) Metas Globales Fugas (%) Current % Reducción de Gases de Efecto (Ton. CO2/mes) % % % 1,106.48

25 4 Paso: Identificación de Oportunidades de Ahorro de Energía Equipo Eficiencia Actual Esperada Pozo % 76.0% Pozo % 74.7% Pozo % 78.1% Pozo % 75.2% Pozo % 73.4% Pozo % 76.1% Pozo % 76.3% Bomba R % 78.2% Bomba R % 78.2% Bomba R % 78.2% Bomba D % 76.4% Bomba D % 76.4%

26 5 Paso: Propuesta de Medidas de Ahorro de Energía Tarifas de Energía Cambio de tarifa por la que resulte más económica Control de la demanda Compensar el Factor de Potencia Pérdidas en las instalaioneds elécrricas Incrementar la eficiencia de motores Incrementar la eficiencia de las bombas Mejorar el enfriamiento de transformadores Incrementar el calibre de conductores Optimizar el factor de potencia Reemplazar motores sobredimensionados por motores de alta eficiencia, que trabajen en su zona de máxima eficiencia Reemplazar motores viejos en malas condiciones, por motores nuevos de alta eficiencia. Reemplazar bombas trabajando con baja eficiencia, por bombas que trabajen en su zona de máxima eficiencia. Ajustar el diámetro de los impulsores a los requerimientos del proceso

27 5 Paso: Propuesta de Medidas de Ahorro de Energía Reducción de Pérdidas de Carga Reducción de fugas Mejorar la Operación Reemplace tuberías, por nuevas de mayor diámetro de las actuales Reemplace tuberías, por nuevas tuberías de menor rugosidad Implementar una campaña de detección y eliminación de fugas Usar variadores de velocidad para controlar la presión en bombeos directos a la red. Usar variadores de velocidad en sistemas de bombeo en paralelo. Sectorizar la distribución Usar válvulas de control de presión.

28 5 Paso: Propuesta de Medidas de Ahorro de Energía Mejorar el Mantenimiento Implemente programas de mantenimiento preventivo y predictivo al equipo Implemente un programa de mantenimiento de pozos Reemplace la Fuente de Suministro de Energía Eléctrica Uso fuentes de energía renovables Autogenerar energía en horario de punta Producir y aprovechar biogas en las plantas de tratamiento de aguas residuales

29 6 Paso: Evaluar las Medidas de Ahorro de Energía Calcular los ahorros (directos e indirectos) que se alcanzarán con la medida. Calcular el monto total de las inversiones necesarias para la implantación de la medida. Calcule los costos adicionales (operación, mantenimiento y consumibles) asociados a la medida. Use indicadores financieros (Pay-Back, valor presente neto, análisis del ciclo de vida del proyecto, etc.).

30 6 Paso: Evaluar las Medidas de Ahorro de Energía BALANCE DE ENERGÍA ACTUAL Trabajo util 30.4% Pérdidas eléctricas 0.5% Pérdidas en el motor 15.4% BALANCE DE ENERGÍA ESPERADO Pérdidas por fugas 20.2% Pérdidas de carga 1.9% Pérdidas en la bomba 31.6% Trabajo util 30.4% Pérdidas por fugas 20.2% Pérdidas de carga 1.9% Ahorros 25.0% Pérdidas eléctricas 0.3% Pérdidas en el motor 7.5% Pérdidas en la bomba 14.8%

31 Parte I. Aspectos de Administración Energética Control de Presión con Variadores de Velocidad Aplicación: Bombeo directo a la red (24h/día)

32 Parte I. Aspectos de Administración Energética Control de Presión con Variadores de Velocidad 1er Paso: Monitoreo de carga, gasto y potencia eléctrica por 24 horas Flow (lps) Flow and Charge Actual Profiles 00:00 06:00 12:00 18:00 00: Gasto Hora Carga

33 Parte I. Aspectos de Administración Energética Control de Presión con Variadores de Velocidad 1er Paso: Monitoreo de carga, gasto y potencia eléctrica por 24 horas Hora Gasto (m3/s) Presión (mca) Nivel Dinámico (m) Potencia Eléctrica (kw) 00: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :

34 Parte I. Aspectos de Administración Energética Control de Presión con Variadores de Velocidad 2 Paso: Calculo de la eficiencia electromecánica hora por hora Hora Gasto (m3/s) Presión (mca) Nivel Dinámico (m) Potencia Eléctrica (kw) Carga Total (mca) Potencia Hidráulica (kw) Eficiencia EM 00: % 01: % 02: % 03: % 04: % 05: % 06: % 07: % 08: % 09: % 10: % 11: % 12: % 13: % 14: % 15: % 16: % 17: % 18: % 19: % 20: % 21: % 22: % 23: % 00: %

35 Parte I. Aspectos de Administración Energética Control de Presión con Variadores de Velocidad 3er Paso: Calculo de la energía eléctrica consumida Hora Potencia Eléctrica (kw) Consumo de Energía (kwh/día 00: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Total por día Total por año ,166

36 Parte I. Aspectos de Administración Energética Control de Presión con Variadores de Velocidad 4 Paso: Seleccionar el punto de ajuste de presión Hora Gasto (m3/s) Nivel Dinámico (m) Eficiencia EM Presión Actual (mca) Presión Propuesta (mca) 00: % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : %

37 Parte I. Aspectos de Administración Energética Control de Presión con Variadores de Velocidad 5 Paso: Calcular la Potencia Eléctrica y la Energía que Demandará el Motor con el Variador Hora Potencia Hidráulica (kw) Eficiencia EM Potencia Eléctrica (kw) Energía (kwh/día) 00: % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % : % Total por día Total por año ,340

38 Parte I. Aspectos de Administración Energética Control de Presión con Variadores de Velocidad 6 Paso: Realizar la Evaluación Económica Ahorros Consumo Actual 220,166 kwh/año Consumo Esperado 180,340 kwh/año Ahorro: 39,827 kwh/año 4, USD/año Inversión: USD 5, (Incluye: Suministro de vaiador, presostato, instalación programación y puesta en servicio) Pay Back: 1.16 años

39 Parte I. Aspectos de Administración Energética Muchas Gracias