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1 Copyright © Siemens Arg 2012. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2012Slide 1 Eficiencia Energética & Motores Eléctricos Experiencia INTA Textil ICA Procobre Siemens S.A. Industry Drive Technologies Large Drives Products 2012

2 Copyright © Siemens Arg 2012. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2012Slide 2 Motores en el Concepto Siemens de Eficiencia Energética

3 Copyright © Siemens Arg 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 3I DT LD Argentina  Se calcula que el 70% de la energía eléctrica en las industrias es consumida por el motor eléctrico.  Admitiéndose un rendimiento medio del orden del 80% en los motores eléctricos en aplicaciones industriales, cerca del 15% de la energía eléctrica industrial se transforma en pérdidas en los motores! Introducción: Por qué el motor eléctrico es el principal actor de la eficiencia energética?  La energía eléctrica es una energía secundaria, pues es generada a partir de otras fuentes energéticas (primarias). Su racionalización es clave en el cuidado de los recursos naturales y su disponibilidad.

4 Copyright © Siemens Arg 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 4I DT LD Argentina Introducción: Por qué el motor eléctrico es el principal actor de la eficiencia energética? Costo total del producto en el ciclo de vida El consumo de energía generalmente representa más del 95% de los costos!

5 Copyright © Siemens Arg 2012. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2012Slide 5 Normativa técnica de aplicación Eficiencia en Motores a través de la IEC 60.034

6 Copyright © Siemens Arg 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 6I DT LD Argentina Normativa para máquinas rotantes De aplicación Internacional Norma IEC 60.034 De aplicación en Argentina Norma IRAM 62.405 De aplicación en el Mercado NAFTA Norma NEMA MG1 - Regulación EPACT – EISA

7 Copyright © Siemens Arg 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 7I DT LD Argentina Eficiencias en motores – Situación mundial Goal of IEC 60034-30: Unification to one worldwide efficiency standard USA, Canada, Mexico (NEMA) Europe (CEMEP) Russia (GOST) Japan (JIS) Taiwan (CNS) Korea (KEMCO) China (CCC) Australia (AS/NS) South Africa (SABS) India (IS) Brazil (ABNT) NEMA IEC

8 Copyright © Siemens Arg 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 8I DT LD Argentina Instrumentación en el mercado de eficiencia en motores Directiva EuP @ IEC 60.034 La IEC 60.034 es una norma técnica internacional. A través de la Directiva EuP (Energy Using Products) de la UE, tiene carácter de ley en Europa, por lo que afecta en forma directa a los mercados de todo el mundo. Esta directiva se basa en la norma, pero no la instrumenta en su totalidad!

9 Copyright © Siemens Arg 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 9I DT LD Argentina Categorías de Eficiencia IE1, IE2, IE3 Alcance anterior de la norma:  2, 4 polos / 1,1 a 90 kW  400 V / 50 Hz  Motorreductores: No Alcance actual de la norma:  2, 4, 6 polos / 0,75 a 375 kW  <1000 V / 50-60 Hz  Motorreductores: Si

10 Copyright © Siemens Arg 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 10I DT LD Argentina Eficiencia en motores

11 Copyright © Siemens Arg 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 11I DT LD Argentina Norma IRAM 62.405 (Argentina) Etiquetado de Eficiencia Energética para Motores de Inducción Trifásicos en Argentina  Las tablas y tolerancias son las de la norma IEC 60.034.  Tiene carácter de emergencia hasta el 2012.  Al ser de emergencia tiene un carácter dinámico y se puede modificar durante su vigencia.  Como toda norma, es voluntarista y no tiene vigencia de ley.

12 Copyright © Siemens Arg 2012. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2012Slide 12 Aspectos técnicos para la Eficiencia en Motores

13 Copyright © Siemens AG 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 13I DT LD & MC Argentina Beneficios que nos otorga la eficiencia energética  Menor consumo de energía = Ahorro de costos = Mayor productividad  Disminución del nivel de stress de la instalación, por lo que disminuye el riesgo de otras cargas o máquinas  Disponibilidad de energía para otras cargas  Menor daño al medio ambiente  Certificaciones energético ambientales: ISO 14001 (metas ambientales) e ISO 50001

14 Copyright © Siemens AG 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 14I DT LD & MC Argentina Avances en el plano de la eficiencia energética en motores  Medio Ambiente. Concientización sobre la problemática del medio ambiente  Normativa. Establecimiento del concepto a las Instituciones y organismos para establecer reglas y normativas  Fabricantes. Acompañamiento de los fabricantes líderes del mercado

15 Copyright © Siemens Arg 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 15I DT LD Argentina Cambios en los motores para lograr niveles de eficiencia IE2 é IE3 P Fe P cu1 Rotor Estator P zus 1 P cu2 PRPR P zus 2 P eléctrica P mecánica Las pérdidas son la diferencia entre la potencia absorbida y la entregada. El calor de las pérdidas se disipa a través de la carcasa. Objetivo: Minimizar pérdidas  Mayor cantidad de cobre  Láminas de menores pérdidas  Cobre en lugar de aluminio  Optimización del fan y rodamientos  Geometría del laminado  Láminas de menor espesor Eficiencia: pérdidasP P P P mecánica   1 2  eléctrica mecánica P P 

16 Copyright © Siemens Arg 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 16I DT LD Argentina Pérdidas en los conductores del estator (cobre) Pérdidas en los conductores del estator (cobre) Pérdidas en el núcleo Pérdidas en los conductores del rotor (Aluminio) Pérdidas en los conductores del rotor (Aluminio) Pérdidas mecánicas por fricción y ventilación Pérdidas mecánicas por fricción y ventilación Pérdidas adicionales Pérdidas significativas en motores

17 Copyright © Siemens Arg 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 17I DT LD Argentina Conductores de mayor sección y mejor calidad R : Resistencia eléctrica [Ω] ρ : Resistividad eléctrica [Ω.m/mm] L : Longitud [m] A: Área [mm^2] Pérdidas por efecto Joule

18 Copyright © Siemens Arg 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 18I DT LD Argentina Bobinado estatórico Núcleo estatórico laminado formado por chapas de hierro silicio aisladas Pérdidas del Hierro Negro: 12 W/Kg Pérdidas del Hierro-Silicio: 3 W/Kg Parte activa eficiente: Estator Concepto: Bajo Consumo Cambios en la geografía del laminado y en la calidad las láminas para diminuír las las pérdidas por histéresis (menor reluctancia). El Fe-Si posee mejores propiedades electromagnéticas, por lo que el motor posee menores pérdidas de potencia por unidad de masa. Asimismo, la intensidad de arranque es menor (reduciéndose también el dimensionamiento del aparato de maniobra).

19 Copyright © Siemens Arg 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 19I DT LD Argentina Rotor jaula de ardilla Aletas para ventilación La jaula de ardilla es de aleación de aluminio ó cobre inyectado. Anillo de cortocircuito del bobinado rotórico Parte activa eficiente: Rotor Concepto: Bajo Consumo Categoría Eficiencia IE1: Rotor inyectado en Aluminio. Categoría Eficiencia IE2 – IE3: Rotor inyectado en Cobre. Menor Ia: Ambos materiales presentan óptimas propiedades electromagnéticas, por lo que el rotor precisará menos corriente para magnetizarse. Rotor más compacto, con menor momento de inercia. Menor tiempo de arranque y mejor respuesta dinamica. Menor nivel de ruido. Por su diseño y material, menores pérdidas en el cobre y menor flujo disperso.

20 Copyright © Siemens Arg 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 20I DT LD Argentina 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.

21 Copyright © Siemens Arg 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 21I DT LD Argentina 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 (a partir de ¾). En consecuencia menor será Eficiencia Energética del sistema. Por esto es importante tener cuidado con el sobredimensionamiento del motor.

22 Copyright © Siemens Arg 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 22I DT LD Argentina Factor de Servicio Factor de Servicio: 1,1 en 50 hz Según las normas VDE 0530 / IEC 60.034, los materiales aislantes y sus medios impregnantes, se clasificaron en clases de aislamiento, habiéndose fijado, para los mismos, sus exactas temperaturas correspondientes. Con un 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.

23 Copyright © Siemens Arg 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 23I DT LD Argentina  Las reparaciones de la parte activa de un motor lo degradan. Las sobretemperaturas dañan propiedades del material aislante.  No se deben reparar motores sin categoría de eficiencia homologado (sea EFF ó IE).  Una mayor eficiencia preserva el estado de toda la instalación (cables, tableros). Consideraciones Finales  No solamente es importante conocer el valor del rendimiento, a plena carga, de un motor eléctrico. También se debe contemplar: a) el tiempo de operación de la máquina accionada durante el año, b) la cantidad de maniobras hora que realiza, c) frecuencia de puesta en marcha, d) la reserva térmica, e) el estado de carga, f) el factor de potencia (cos φ) y la calidad del arranque en cada motor.

24 Copyright © Siemens Arg 2011. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2011Slides 24I DT LD Argentina  Potencia: 37 kW  Grado de eficiencia IEC: IE2  Rendimiento: 4/4 92,7% - 3/4 93,6%  4 polos (1500 rpm)  3 AC 50 Hz 400 VD / 690 VY  Tamaño Constructivo IEC: 225S INTA Textil Motor Siemens 1LG6 High Efficiency 1LG6220 – 4MA60 High Efficiency

25 Copyright © Siemens Arg 2012. All Rights Reserved. Industry Sector – Drive Technologies Año 2012Slide 25 Fin! Muchas gracias! Preguntas? Disertantes: Ing. Mariano De Luca Product Manager Low Voltage Motors País / Región: Argentina / Austral-Andina Sector: Industry – Drive Technologies Sitios Web www.siemens.com/motors Consultas Técnicas hotline.ar@siemens.com www.support.automation.siemens.com