Transformando Energía en Soluciones

Presentación del tema: "Transformando Energía en Soluciones"— Transcripción de la presentación:

1 Transformando Energía en Soluciones
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

2 PRESENTACIÓN OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA PRESENTACIÓN

3 W Werner Ricardo Voigt (Ing. Electricista)
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA WEG nace en 1961 en la ciudad de Jaragua Do Soul, Estado de Santa Catarina al sur de Brasil, siendo su primera razón social: “ELECTROMOTORES JARAGUA LTDA” Inicia operaciones el 16 de Septiembre de 1961 con un capital inicial equivalente a $12 000,00 us dlls El nombre de WEG nace de la conjunción de las iniciales del nombre de sus fundadores: W Werner Ricardo Voigt (Ing. Electricista) E Eggon João Da Silva (Administrador) G Gerarldo Werninghaus (Ing. Mecánico) Del alemán: WEG = camino PRIMER MOTOR WEG FABRICADO POR ELECTROMOTORES JARAGUA LTDA

4 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Producción anual de motores: 1961 146 unidades 1965 9 486 1966 12 987 1970 45 560 1971 62 772 1972 1977 1978 1984 1985 2000 2001 2003

5 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA WEG actualmente cuenta con fabricas en: JARAGUA DO SUL (BRASIL*): PARQUE INDUSTRIAL I PARQUE INDUSTRIAL II FABRICA DE WEG QUIMICA BLUMENAU (BRASIL): FABRICA DE TRANSFORMADORES SAU PAULO (BRASIL): FABRICA DE APPLIANCE ARGENTINA: FABRICA DE ACCIONAMIENTOS PORTUGAL: FABRICA DE MOTORES DE MEDIA Y ALTA TENSIÓN MÉXICO: FABRICA DE MOTORES DE BAJA TENSIÓN *Casa matríz y coporativo

6 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA WEG en México inicia sus operaciones como fabrica el 1o de Agosto del 2000. Con una planta ubicada en Tlalnepantla, Edo. de México con 200 empleados y una producción mensual de 5000 Motores trifásicos en baja tensión. Hasta Agosto del 2004 esta planta fabricaba: Motores de inducción trifásicos en baja tensión desde 0,25hp hasta 100hp. -Generadores síncronos de polos salientes desde 21kVA hasta 600kVA. -Tableros de control en baja tensión. Y comercializaba: -Motores monofásicos. -Equipo de control (Inversores, Softstarters). -Accionamientos (Relevadores, Interruptores, Capacitores, etc). -Motores en Media y Alta tensión. -Transformadores de Potencia

7 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA En Septiembre 17 del 2004, WEG México continúa sus operaciones en una planta nueva ubicada en Huhuetoca, Estado de México. En su fase inicial esta planta tiene 2 naves industriales con una superficie de m2 cada una, se preveé en la primera etapa de crecimiento pasar de 200 empleados a 400. La nueva planta producirá: Motores monofásicos: anuales Motores trifásicos en baja tensión de 1 a 500hp: anuales Motores trifásicos en media tensión hasta 5000hp y 4,1kV: 600 anuales Generadores síncronos desde 21kVA hasta 600kVA: 850 anuales Arrancadores a Tensión Reducida*: anuales Así mismo contará con laboratorios de: Motores monofásicos Motores trifásicos en baja y media tensión Metrología e instrumentación *Convencionales y electrónicos (sofstarters)

8 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Continuando con la comercialización de: Motores de Alta Tensión Transformadores (Potencia, distribución, reactores, etc.) Accionamientos (contactores, arrancadores, interruptores, etc.) Equipo de control (Sofstarters, Drives) Pinturas, Barnices y Resinas Incrementando su infraestructura para satisfacer las necesidades del mercado de motores Especiales, tanto a nivel local como a nivel exportación.

9 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Los motores de inducción tipo jaula de ardilla son los motores eléctricos más populares y utilizados dentro del ámbito industrial y doméstico. Tradicionalmente a este tipo de motor eléctrico se le ha considerado como “caballos de batalla” y son empleados en un sinúmero de aplicaciones.

10 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Su gran posicionamiento en los mercados lo han ganado gracias a que ofrecen: Una alta eficiencia en el proceso de conversión de energía electromecánica Un bajo costo de mantenimiento Una excelente relación entre tamaño de armazón y potencia útil de salida Una vida útil de operación adecuada Una gran facilidad de adaptación a aplicaciones especiales Un razonable precio de venta Solo presentaban hasta hace algunos años dos características que en algunas aplicaciones los dejaban en desventaja frente a otros tipos de motores eléctricos: -Su comportamiento al arranque -Su control de velocidad Sin embargo, ahora con la aplicación de los inversores de frecuencia, ambas características han sido controladas

11 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA El advenimiento de los inversores de frecuencia probocó en un inicio que se realizaran inversiones en investigaciones para desarrollar motores para “uso con inversores”. No fueron pocos los esfuerzos, así mismo dentro de estas investigaciones se tuvieron algunos éxitos, pero también muchos fracasos. Después de estas investigaciones se concluyó que era más rentable adaptar al motor estándar de uso general para ser utilizados con inversores de frecuencia que tener una línea de producción especializada en motores para “uso con inversores”. Salvo en aplicaciones muy especiales se puede afirmar que el motor de uso general ha respondido adecuadamente a las exigencias de los inversores sin necesidad de alteraciones en su fabricación. Lo anterior y la popularidad cada día más creciente del uso de inversores ha hecho que el motor de inducción tipo jaula de uso general, siga posicionándose cada día más en los mercados industrial y doméstico.

12 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Más aún, gracias a su construcción física, el motor de inducción con rotor tipo jaula, tiene un excelente comportamiento dinámico, el cual puede ser utilizado cuando se requiera arranques y paros contínuos, reversiones, control de velocidad, etc. Lo anterior debido a que poseé un rotor con baja inercia, libre de conmutador, anillos rozantes y escobillas, una gran rigidéz, y un control desde el diseño de la inductancia y resistencia. Estas características no habían sido explotadas al máximo sino hasta el desarrollo del control vectorial. Por todo esto se puede afirmar que el motor de inducción tipo jaula junto con los inversores de frecuencia representan una excelente alternativa de reemplazo contra los sistemas tradicionales como puede ser el motor de CD y el motor de inducción con rotor devanado.

13 PRINCIPIOS BÁSICOS DE OPERACIÓN DEL MOTOR DE INDUCCIÓN
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA PRINCIPIOS BÁSICOS DE OPERACIÓN DEL MOTOR DE INDUCCIÓN

14 DEFINICIÓN DEL MOTOR DE INDUCCIÓN: Máquina eléctrica que
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA DEFINICIÓN DEL MOTOR DE INDUCCIÓN: Máquina eléctrica que convierte energía eléctrica en energía mecánica Wper Wen Wsal Wen = Energía de entrada en forma eléctrica Wsal = Energía de salida en forma mecánica Wper = Energía perdida durante el proceso en forma de calor

15 PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA:
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA: “LA ENERGÍA NO SE CREA NI SE DESTRUYE, SOLO SE TRANSFORMA” Este enunciado puede ser expresado: Wen = Wsal + Wper La energía eléctrica que entra es igual a la energía mecánica que sale más Las pérdidas que ocurren durante el proceso

16 Wsal Wen Wper OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Wsal Wen Wper DENTRO DEL MOTOR EXISTE UN SISTEMA QUE CONVIERTE LA ENERGÍA ELÉCTRICA EN MECÁNICA

17 ESTATOR: NÚCLEO (ACERO) BOBINAS ROTOR: NÚCLEO (ACERO) JAULA*
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA ESTATOR: NÚCLEO (ACERO) BOBINAS ROTOR: NÚCLEO (ACERO) JAULA* COMPONENTES DEL SISTEMA DE CONVERSIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN MECÁNICA *LA JAULA DE ARDILLA ES EL DEVANADO DEL ROTOR, ESTE DEVANADO ESTÁ EN CORTO CIRCUITO PERMANENTEMENTE Y EN MOTORES CHICOS EN COMUNMENTE FABRICADO EN INYECCIÓN DE ALUMINIO SOBRE EL NÚCELO DE ROTOR DIRECTAMENTE

18 Partes constitutivas de un motor de inducción tipo jaula TCCV
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Partes constitutivas de un motor de inducción tipo jaula TCCV

19 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA MOTOR DE USO GENERAL: De acuerdo a NEMA MG 1, 2003; un motor de uso general es el correspondiente al motor Diseño B y que cumple con: Parámetro Símbolo Apartado/valor Tolerancia Par de arranque TARR Mín Par mínimo TMIN Par máximo TMAX Corriente de arranque IARR Máx Deslizamiento s 5% Eficiencia h 12.60 Momento de inercia wk2 Aislamiento F (155ºC) Factor de servicio f.s. 1,15

20 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA CURVA PAR-CORRIENTE V.S. DESLIZAMIENTO DE MOTOR DISEÑO NEMA B

21 MOTORES DE EFICIENCIA ALTA
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA MOTORES DE EFICIENCIA ALTA

22 DEFINICIÓN DEL MOTOR DE INDUCCIÓN: Máquina eléctrica que
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA DEFINICIÓN DEL MOTOR DE INDUCCIÓN: Máquina eléctrica que convierte energía eléctrica en energía mecánica Wper Wen Wsal Wen = Energía de entrada en forma eléctrica Wsal = Energía de salida en forma mecánica Wper = Energía perdida durante el proceso en forma de calor

23 DEFINICIÓN DE EFICIENCIA
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA DEFINICIÓN DE EFICIENCIA Eficiencia = Potencia de salida / Potencia de entrada Potencia de entrada = Potencia de salida + Pérdidas Eficiencia = Potencia de salida / ( Potencia de salida + Pérdidas ) h = Psal / ( Psal + Perd) De esta definición se deduce que las pérdidas y la eficiencia tienen una relación inversa.

24 Las pérdidas en el motor se clasifican en:
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Las pérdidas en el motor se clasifican en: 1. FIJAS: No dependen del punto de carga de operación del motor. 2. VARIABLES: Si dependen del punto de carga de

25 Las pérdidas en le motor se clasifican en:
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Las pérdidas en le motor se clasifican en: 1. FIJAS: Pérdidas mecánicas: - Fricción - Ventilación 1.2. Pérdidas magnéticas: - Histéresis - Corrientes Parásitas 2. VARIABLES: 2.1. Pérdidas en el estator 2.2. Pérdidas en el rotor 2.3. Pérdidas indeterminadas

26 % DE PERDIDAS* TÍPICAS EN UN MOTOR DE 100HP
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA % DE PERDIDAS* TÍPICAS EN UN MOTOR DE 100HP 4 POLOS EFICIENCIA ALTA, TOTALMENTE CERRADO Pérdidas mecánicas 0,33 kW 7,97 % Pérdidas núcleo 0,74 kW 17,87 % Pérdidas en estator 1,29 kW 31,16 % Pérdidas en rotor 1,41 kW 34,06 % Pérdidas indeterminadas 0,37 kW 8,94% Total 4,14 kW 100,0 % *De pruebas de laboratorio

27 % DE PERDIDAS* TÍPICAS EN UN MOTOR DE 100HP
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA % DE PERDIDAS* TÍPICAS EN UN MOTOR DE 100HP 4 POLOS EFICIENCIA ALTA, TOTALMENTE CERRADO Potencia de salida 74,60 kW Total de pérdidas 4,14 kW Eficiencia = ( 74,60 / ( 74,60 + 4,14 ) ) ( 100 ) = 94,74 % h = 94,74 %

28 PORCENTAJES TÍPICOS DE PERDIDAS EN LA LITERATURA ESPECIALIZADA
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA PORCENTAJES TÍPICOS DE PERDIDAS EN LA LITERATURA ESPECIALIZADA Tipo de pérdida Prueba Docto 1 Docto2 (1999) (1995) (1994) Pérdidas mecánicas 7,97 % 6,72 % 24 % Pérdidas núcleo 17,87 % 25,37 % 29 % Pérdidas en estator 31,16 % 47,26 % 20 % Pérdidas en rotor 34,06 % 18,66 % 21 % Pérdidas indeterminadas 8,94 % 1,99 % 6 % Total % % 100 %

29 Tabla de eficiencias para motores TCCVE de la NOM-016-2002
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA POTENCIA Polos 2 4 6 kW HP nom nom nom 0,746 1,0 75,5 82,5 80,0 1,1 1,5 82,5 84,0 85,5 1,5 2,0 84,0 84,0 86,5 2,2 3,0 85,5 87,5 87,5 3,7 5,0 87,5 87,5 87,5 5,6 7,5 88,5 89,5 89,5 7, ,5 89,5 89,5 11, ,2 91,0 90,2 ,2 91,0 90,2 18, ,0 92,4 91,7 ,0 92,4 91,7 ,7 93,0 93,0 ,4 93,0 93,0 ,0 93,6 93,6 ,0 94,1 93,6 ,6 94,5 94,1 ,5 94,5 94,1 ,5 95,0 95,0 ,0 95,0 95,0 Tabla de eficiencias para motores TCCVE de la NOM

30 COMPARACION DE RESULTADOS V.S. LA NOM-016
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA COMPARACION DE RESULTADOS V.S. LA NOM-016 Para el motor de 75kW (100HP): Eficiencia obtenida de laboratorio: 94,7 % Eficiencia nominal de la NOM: 94,5 % Eficiencia mínima asociada (NOM): 93,6 %

31 DETERMINACION DE LA EFICIENCIA (Método de prueba)
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA DETERMINACION DE LA EFICIENCIA (Método de prueba) 1. Para motores trifásicos: NOM-016-ENER-2002; Eficiencia energética de motores de corriente alterna trifásicos, de inducción, tipo jaula de ardilla, de uso general en potencia nominal de 0,746 a 373 kW. Límites, métodos de prueba y marcado. Publicada en el DOF el 13/ene/03 En vigor desde abr/03 2. Para motores monofásicos: NOM-014-ENER-1997; Eficiencia energética de motores de corriente alterna monofásicos, de inducción, tipo jaula de ardilla, de uso general en potencia nominal de 0,180 a 1,500 kW. Límites, métodos de prueba y marcado. Publicada en el DOF el 04/feb/97 En vigor desde ago/99

32 DETERMINACION DE LA EFICIENCIA (Método de prueba)
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA DETERMINACION DE LA EFICIENCIA (Método de prueba) Pasos en la prueba de eficiencia energética: a. Medición de resistencia en frío b. Prueba de estabilidad térmica c. Determinación de incremento de temperatura d. Prueba a diferentes cargas ( 150% - 25% ) e. Determinación de corrección de dinamómetro f. Prueba sin carga a diferentes tensiones ( 150% - 50% ) Otras pruebas desarrolladas en el laboratorio: g. Prueba a rotor bloqueado y tensión reducida h. Prueba de arranque a tensión plena i. Curva de par-corriente v.s. deslizamiento (velocidad) j. Vibración k. Medición de ruido

33 DETERMINACION DE LA EFICIENCIA (Método de prueba)
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA DETERMINACION DE LA EFICIENCIA (Método de prueba) Documentos internacionales: 1. IEEE STD , Standard test procedure for polyphase induction motors and generators 2. ANSI/IEEE STD , Test procedure for single-phase induction motors 3. CSA , Energy Efficiency test methods for three-phase induction 4. NEMA MG-1/2003, Part 12, Motors and Generators

34 PÉRDIDAS Diseño Selección Proceso de (aplicación) fabricación
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PERDIDAS Diseño Selección (aplicación) Proceso de fabricación PÉRDIDAS Alimentación eléctrica Instalación eléctrica Instalación mecánica

35 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PERDIDAS
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PERDIDAS 1. DISEÑO: a. Acero Eléctrico:- Volumen - Permeabilidad magnética - Diseño de ranuras b. Bobinados: - Factor de devanado - Factor de relleno c. Mecánico: - Rodamientos y lubricación - Ventilador - Transferencia de calor - Disipación térmica

36 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PÉRDIDAS
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PÉRDIDAS 2. PROCESO DE FABRICACION: a. Automatización de procesos b. Control de Calidad c. Precisión de maquinados d. Fundición e. Balanceo f. Materia Prima

37 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PÉRDIDAS
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PÉRDIDAS 3. ALIMENTACION ELECTRICA: a. Calidad en la señal b. Tensión c. Frecuencia

38 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PÉRDIDAS
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PÉRDIDAS 4. INSTALACION MECANICA: a. Acoplamientos (ajustes) b. Tensión en bandas c. Sujeción mecánica d. Alineación e. Ventilación

39 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PÉRDIDAS
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PÉRDIDAS 5. INSTALACION ELECTRICA: a. Conexión eléctrica b. Tierras

40 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PÉRDIDAS
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA FACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PÉRDIDAS 6. SELECCION: a. Nivel de carga b. Tipo de operación c. Temperatura ambiente d. Altitud

41 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA El promedio de la eficiencia de un lote de producción deberá reportar el valor de eficiencia nominal, y una muestra probada en el laboratorio deberá al menos cumplir con el valor mínimo asociado Eficiencia (h) hnom 94,5% hminasoc 93,6% Muestras del lote A

42 COMPARACIÓN ENTRE DISPOSITIVOS
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA COMPARACIÓN ENTRE DISPOSITIVOS Eficiencia 100 80 60 40 20 compresor motor Diesel motor automóvil motor 75kW ef std motor 75kW ef alta

43 QUE MOTORES NO DEBEN CUMPLIR CON LA NOM
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA QUE MOTORES NO DEBEN CUMPLIR CON LA NOM 1. Motores de uso definido o especial 2. Motores de alto par de arranque 3. Motores de 2 o más velocidades 4. Motores de más de 8 polos 5. Motores menores a 0,746 kW (1HP) 6. Motores superiores a 373 kW (500HP)

44 CUANDO SE JUSTIFICA UN MOTOR DE AE
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA CUANDO SE JUSTIFICA UN MOTOR DE AE Instalaciones nuevas En la compra de equipo nuevo como: bombas compresores, ventiladores, etc... En el reemplazo de equipo viejo y en mal estado En lugar de reembobinar Como parte de un programa de ahorro de eficiencia energética

45 COMO APROVECHAR AL MAXIMO LA AE
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA COMO APROVECHAR AL MAXIMO LA AE 1. Cargas con operación continua 2. Nivel de tensión de acuerdo a placa 3. Tensión balanceada 4. Acoplamiento e instalación mecánica correcta 5. Buena ventilación 6. Instalación eléctrica correcta 7. Nivel de carga mecánica entre 85% y 100% 8. Mantenimiento de rodamientos

46 OTRAS ALTERNATIVAS PARA AHORRO DE ENERGIA ELECTRICA
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA OTRAS ALTERNATIVAS PARA AHORRO DE ENERGIA ELECTRICA 1. Motor + Inversor de frecuencia 2. Motores Hi-output 3. Arranque Y-D

47 INVERSORES DE FRECUENCIA (conceptos básicos)
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA INVERSORES DE FRECUENCIA (conceptos básicos)

48 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

49 DEFINICIÓN DEL INVERSOR DE FRECUENCIA: Dispositivo cuya función
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA DEFINICIÓN DEL INVERSOR DE FRECUENCIA: Dispositivo cuya función es la de controlar la velocidad y par del motor a través de la transformación de tensión y frecuencia fijas de la red de alimentación en tensión y frecuencia variables Tensión y frecuencia fijas Tensión y frecuencia variables Inversor Motor Carga

50 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA CONFIGURACIÓN GENERAL DE UN INVERSOR DE FRECUENCIA (DRIVE) Voltaje variable frecuencia variable M 3~ CA/CD Filtro CD/CA Sensor de velocidad Unidad de control (mando) Alimentación senoidal trifásica Voltaje fijo y frecuencia fija

51 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Modulación de amplitud de voltaje de salida en una onda PWM Fundamental Fundamental RMS

52 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Onda fundamental U -U p 2p wt u1 u2 u3 U/2 i1 Pulsos Corriente

53 CONTROL DE PAR OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA CONTROL DE PAR

54 Control de par OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Control de par PAR T/TN IARR TMAX TARR TMIN A través del control de par se logra una mayor presición en el control de la velocidad TN S=1 DESLIZAMIENTO S SN S=0

55 VELOCIDAD: PAR Y FLUJO:
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA VELOCIDAD: DONDE: n = velocidad (min-1) f1 = frecuencia de la red (Hz) s = deslizamiento (pu) p = número de polos PAR Y FLUJO: DONDE: T = Par mecánico (Nm) fm = flujo de magnetización (Wb) I2 = corriente del rotor (A) V1 = Tensión de alimentación en estator (V)

56 Curvas de salida del motor alimentado con inversor de frecuencia
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Curvas de salida del motor alimentado con inversor de frecuencia Tensión (V) Par (Nm) Potencia (kW) frecuencia (Hz) Vn Tn Pn fn Par constante fn fn

57 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA APLICACIONES DE PAR CONSTANTE LAMINADORAS INDUSTRIA DEL PAPEL INDUSTRIA CEMENTERA TRANSPORTADORAS GRÚAS ELEVADORES APLICACIONES DE PAR VARIABLE -BOMBAS CENTRÍFUGAS -VENTILADORES -COMPRESORES

58 ASPECTOS PRÁCTICOS EN LA APLICACIÓN DE INVERSORES Y MOTORES
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA ASPECTOS PRÁCTICOS EN LA APLICACIÓN DE INVERSORES Y MOTORES

59 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA FENÓMENOS INHERENTES A LA OPERACIÓN DE MOTORES CON INVERSORES DE FRECUENCIA Cuando un motor es operado por un inversor de frecuencia, existen algunos fenómenos inherentes que deben considerarse, ya sea para limitarlos o controlarlos. Cada fabricante de motores tiene alternativas propias de acuerdo a su experiencia e investigaciones que ayudan al Ingeniero Proyectista a lograr una buena selección en la aplicación de motores con inversores. WEG México recomienda no descuidar estos aspectos para garantizar una mejor operación de los equipos, y pone a disposíción de sus clientes el apoyo de su departamento de Asistencia Técnica para tal efecto.

60 ELEMENTOS CONSIDERADOS EN EL ESTUDIO DE MOTORES PARA
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA ELEMENTOS CONSIDERADOS EN EL ESTUDIO DE MOTORES PARA SER USADOS POR INVERSORES DE FRECUENCIA SISTEMA DE AISLAMIENTO (SOBRE TENSIONES) SISTEMA DE AISLAMIENTO (ARMÓNICOS) CORRIENTE EN RODAMIENTOS LÍMITES DE VELOCIDAD MÁXIMOS RECOMENDADOS PAR/POTENCIA CONSTANTE REFRIGERACIÓN (BAJAS VELOCIDADES) INSTALACIÓN ELÉCTRICA AHORRO EN EL CONSUMO DE ENERGÍA

61 1. SISTEMAS DE AISLAMIENTO - SOBRETENSIÓN:
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA 1. SISTEMAS DE AISLAMIENTO - SOBRETENSIÓN: Cuando el inversor es utilizado en conjunto con el motor, los pulsos de la señal en combinación con la impedancia en las terminales del motor son causa de sobretensiones, estas sobretensiones pueden ser repetitivas de tal manera que dañen el sistema de aislamiento del motor, siendo la parte más vulnerable el inicio de las bobinas.

62 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA PARA MOTORES HASTA 460V E INCLUSO, NO SE REQUIERE DEL USO DE FILTROS BAJO LAS SIGUIENTES CONDICIONES: Rise time del inversor: tr ≥ 0,1 ms* Máxima tensión pico: VPICO ≤ 3,1 VNOM Mínimo tiempo entre pulsos consecutivos: tmtep ≥ 6 ms* Máxima frecuencia de conmutación: 5kHz Máxima dv/dt (a la salida del inversor): dV/dt ≤ 5200 [V/ms] 100% 90% 10% VPICO Dt Rise time=0,1ms Tensión *información del fabricante

63 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA En la operación de motores con inversores de frecuencia, los criterios adoptados por NEMA para evitar una posible degradación del sistema de aislamiento son: NEMA MG1, 1998, parte 30: Motores de uso general usados con Inversores: Para tensión £ 600V Vpico £ 1 kV Rise Time (tr) ³ 2 ms Para tensión > 600V Vpico £ (2,04)(Vnom) Rise Time (tr) ³ 1 ms NEMA MG1, 1998, parte 31: Motores de uso específico usados con Inversores: Vpico £ (3,1)(Vnom) Rise Time (tr) ³ 0,1 ms

64 2. SISTEMAS DE AISLAMIENTO - ARMÓNICOS:
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA 2. SISTEMAS DE AISLAMIENTO - ARMÓNICOS: Debido al tipo de señales que se manejan con la alimentación por inversores de frecuencia, se generan armónicos que influyen en la operación del motor, algunos de los efectos son: a. Aumento en la temperatura de operación b. Aumento en el nivel de ruido c. Aumento en la vibración d. Aumento en la pérdidas e. Disminución de la eficiencia

65 2.a AUMENTO EN LA TEMPERATURA DURANTE LA OPERACIÓN
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA 2.a AUMENTO EN LA TEMPERATURA DURANTE LA OPERACIÓN ALIMENTACIÓN SENOIDAL: F.S. = 1.15 DT = 80°C AISLAMIENTO CLASE F INVERSOR DE FRECUENCIA: F.S. = 1.0 DT = 115°C T (°C) CLASE F: 155°C T =35°C DT=80°C TAMB=40°C

66 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA 2.b NIVEL DE RUIDO: El ruido en un motor se puede definir como “una energía mecánica radiante la cual viaja en forma presurizada a través del aire”. En un motor existen 3 fuentes principales de ruido: Ventilador Rodamientos Magnético; zumbido debido a la excitación magnética en el núcleo Esta última causa está presente cuando el motor es alimentado con ondas senoidales, ya que el estator presenta una vibración en las láminas que forman su núcleo de 60 veces por segundo; Cuando la alimentación es con inversores, la señal de alta frecuencia aumenta este nivel de vibración incrementando el ruido magnético. Generalmente este incremento se ve reflejado en la banda A; La siguiente tabla muestra algunas mediciones de laboratorio registradas y comparadas entre el ruido de motores estándar al ser alimentados con señales senoidales y con inversor de frecuencia.

67 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Como en la misma tabla se puede ver, no existe una regla general que se aplique sobre el incremento en el ruido, ya que mucho dependerá de la compresión que el núcleo magnético tenga durante su fabricación. Nivel de presión sonora medio [dB(A)] Motor Frecuencia de conmutación Alimentación senoidal (60Hz) Límite de norma (IEC 34/9) 2,5 kHz 5,0 kHz 20hp 71,4 73,2 68,4 75 30hp 74,1 73,4 72,7 50hp 75,6 75,9 74,7 78 75hp 78,7 75,4 75,3 82 100hp 79,7 75,7 84

68 2.c NIVEL DE VIBRACIÓN: 5 2 6 3 4 1 Mediciones de vibración
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA 2.c NIVEL DE VIBRACIÓN: La vibración también se ve incrementada al momento de alimentar a los motores con inversores de frecuencia, un estudio de laboratorio hecho sobre un motor de 20hp, 4p, 60Hz, armazón 256T arrojó los siguientes resultados: 5 2 6 Mediciones de vibración hechas de acuerdo a IEC 34-14: 3 4 1

69 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Vibración (mm/s) Hz Conmutación (kHz) Punto de medición IEC 34-14 1 2 3 4 5 10 2,5 0,50 0,45 0,15 0,30 2,80 5,0 0,60 0,25 0,40 30 1,40 1,10 0,90 0,80 1,30 0,95 0,55 50 1,25 0,85 1,20 60 0,70 1,15 Red senoidal 0,35 80 1,00 100

70 2. d y e AUMENTO DE PÉRDIDAS Y DISMINUCIÓN DE EFICIENCIA
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA 2. d y e AUMENTO DE PÉRDIDAS Y DISMINUCIÓN DE EFICIENCIA DEFINICION DE EFICIENCIA Eficiencia = Potencia de salida / Potencia de entrada Potencia de entrada = Potencia de salida + Pérdidas Eficiencia = Potencia de salida / ( Potencia de salida + Pérdidas ) h = Psal Psal + Perd De esta definición se deduce que las pérdidas y la eficiencia tienen una relación inversa.

71 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Las pérdidas en el motor se clasifican en: Tipo Características Clasificación Origen/causa Fijas No dependen de la carga del motor Mecánicas Fricción Ventilación Magnéticas (núcleo) Histéresis Corrientes Parásitas Variables Sí dependen de la carga del motor Estator Efecto Joule Rotor Indeterminadas Flujo de fuga Irregularidades en láminas etc.

72 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA El tipo de señal utilizada por los inversores de frecuencia, trae consigo una influencia en todas las pérdidas del motor, dando como consecuencia una disminución en el nivel de eficiencia. Hasta el momento la cuantificación del incremento en cada tipo de pérdida es un proceso complicado, sin embargo analizando tres muestras de laboratorio: Potencia (hp) Polos h a carga plena y 60Hz Senoidal Inversor 15 4 87,69% 85,60% 40 91,70% 86,00% 75 92,68% 91,40%

73 3. CORRIENTE EN RODAMIENTOS:
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA 3. CORRIENTE EN RODAMIENTOS: Son corrientes eléctricas inducidas en la flecha del motor y descargadas a través de los rodamientos, y básicamente se clasifican en: a) Deflujo homoplar: Debidas a un flujo magnético inducido desde el centro de la flecha y retorna a través de la carcaza. Estas corrientes son de intensidad baja y normalmente su efecto es despreciable. b) De flujo enlazado en la flecha (flujo de penetración): Son más comunes y de mayor intensidad que las anteriores, su efecto es importante sobre el rodamiento.

74 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Dentro de las principales causas que originan estas corrientes están: Cuando los rodamientos conducen corriente eléctrica. Cuando la máquina tiene una autoinducción; Básicamente las tensiones eléctricas en la flecha son producidas debido a una distribución asimétrica en el flujo magnético. c) Cuando existen tensiones eléctricas creadas por cargas electrostáticas; La flecha, aislada por la película lubricante en el rodamiento, es cargada eléctricamente hasta que el voltaje es suficientemente grande para romper la película lubricante. Las corrientes eléctricas fluyen instantaneamente a través del rodamiento y se presenta una caída de tensión, este ciclo es repetido una y otra vez. Cuando los motores son operados con inversores de frecuencia la causa b) es el principal origen de esta corrientes. Dependiendo de la cantidad de densidad de corriente presente será la intensidad del daño en rodamientos, se considera que densidades de corriente superiores a 2,1 A/mm2 son suficientes como para provocar daño en rodamientos en menos de 1000 hrs. de trabajo contínuo.

75 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Los daños en rodamientos debido a estas corrientes se manifiestan: a) En forma de cráteres, estos son más comunes en rodamientos de bolas y estos cráteres se presentan sobretodo en la parte interior de la pista exterior y sobre la superficie de la bola b) En forma de flautas, estos aunque son más comunes en rodamientos de rodillos, también se manifiestan en los rodamientos de bolas cuando el tamaño de cráter permite un movimiento giroscópico de la bola y con el tiempo va formando el canal o flauta. En ambos casos se tiene una contribución importante de parte del rodamiento al aumento del ruido en la operación del motor.

76 4. LÍMITES DE VELOCIDAD MÁXIMOS RECOMENDADOS :
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA 4. LÍMITES DE VELOCIDAD MÁXIMOS RECOMENDADOS : Dependiendo de la construcción de cada motor existe un límite de velocidad que no se recomienda sobrepasar para cada motor, en caso de tener una aplicación donde se deba rebasar este límte es necesario consultarlo con el departamento de Asistencia Técnica. Potencia (CP) Velocidad límite (min-1) motores TCCV/diseño a 60Hz 2 polos 4 polos 6 polos 1 7200 3600 2400 1,5 2 3 5 7,5 5400 10 15 20 25 2700 30 40 4500

77 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA La tabla anterior es un ejemplo de altas velocidades de operación máximas admisibles para motores WEG y que deben considerar: La tabla aplica a motores Eficiencia Premium de fabricación estándar, diseño NEMA B. Se puede tener una tolerancia respecto a las velocidades de la tabla en un +10% por un tiempo de 2 minutos. Los motores pueden mantener una potencia constante hasta 90Hz1). En algunas aplicaciones puede ser necesario un balanceo más preciso1). El ruido en el rango de velocidades de la tabla puede ser mayor al especificado por NEMA2). La vida útil de los rodamientos puede verse disminuida en este rango de velocidades. Para velocidades y potencias no enlistadas favor de contactar con el departamento de Asistencia Técnica. Para aplicaciones con cargas radiales severas o irregulares, se recomienda verificar el tamaño del rodamiento, así como la grasa empleada. 1)Para condiciones de operación especiales se recomienda contactar con el departamento de Asistencia Técnica 2)El aumento en el nivel de ruido tiene 2 componentes básicos: armónicos y ventilador

78 5. PAR/POTENCIA CONSTANTE:
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA 5. PAR/POTENCIA CONSTANTE: Cuando un motor es especificado 4:1, esto significa que el motor puede trabajar en un rango de 1/4, 2/4, 3/4 y 4/4 de su frecuencia nominal a par o potencia nominal constante para cada valor de frecuencia manteniendo el incremento de temperatura. Así por ejemplo, un motor de 20CP, 4polos especificado 4:1, con los siguientes datos de placa: Potencia: 20hp polos 4 Tensión: 460V Frecuencia: 60Hz Velocidad nominal: 1760 min-1 Par nominal: 80,95 Nm Deberá poder mantener el par de 80,95 Nm a 15Hz, 30Hz, 45Hz y 60Hz alimentado por un inversor con fs=1,0 y DT=115°C para cada punto de frecuencia.

79 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Comercialmente los motores para ser usados por inversores son especificados en las siguientes relaciones en Par constante: 4:1 (15Hz, 30Hz, 45Hz y 60Hz) 10:1 (6Hz, 12Hz, 18Hz, 24Hz, 30Hz, 36Hz, 42Hz, 48Hz, 54Hz y 60Hz) 1000:1 (desde 0,06Hz) Lo mismo sucede para la Potencia constante a las mismas relaciones de frecuencia. Para el caso de motores 1000:1 estos motores son suministrados con refrigeración forzada y en la mayoría de los casos se suministran en el armazón correspondiente a la siguiente potencia estandarizada, esto es: Un motor de 25CP, 4p que normalmente se fabrica en armazón 284T, en refrigeración forzada se suministrará en un armazón tamaño 286T.

80 6. REFRIGERACIÓN (BAJAS VELOCIDADES):
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA 6. REFRIGERACIÓN (BAJAS VELOCIDADES): Como hasta el momento se ha expuesto, el incremento de temperatura por la operación del motor con inversor de frecuencia, así como la operación en bajas frecuencias, hace que para algunas aplicaciones sea necesario la refrigeración forzada. Sin embargo cuando el proyecto no requiera de motores con refrigeración forzada y sean utilizados motores de fabricación estándar, se recomienda tener algunas precauciones para evitar un mal desempeño en su sistema de refrigeración propio: Instalar los motores en lugares donde se permita una libre circulación de aire fresco No bloquear las rendijas de la cubierta del ventilador No exponer el motor a radiaciones de calor inecesarias Asegurar: - Un buen acoplamiento mecánico con la carga (poleas, bandas, coples, etc.) - Una buena instalación eléctrica (conexión, aislamiento, tierras, etc.) - Un nivel de carga adecuada Así mismo es posible tener un incremento en el nivel de ruido por fuentes electromagnéticas.

81 7. INSTALACIÓN ELÉCTRICA:
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA 7. INSTALACIÓN ELÉCTRICA: Es recomendable tener una instalación eléctrica de acuerdo a las normas NOM aplicables al caso, así mismo verificar que: Garantizar una buena puesta a tierra del inversor y motor No compartir el sistema de tierras con equipos que operen con corrientes elevadas No tener una distancia mayor a la recomendada por el fabricante entre motor e inversor Uso de filtros

82 8. AHORRO EN EL CONSUMO DE ENERGÍA:
OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA 8. AHORRO EN EL CONSUMO DE ENERGÍA: Se pueden tener importantes ahorros en el consumo de energía eléctrica cuando se hace una adecuada proyección del grupo motor-inversor. Sobre todo cuando en el proceso se tenga variaciones en la carga, a través del control de par velocidad se puede tener un buen rendimiento en la operación. Ejemplos típicos son en aplicaciones de bombas de agua, refigeración y aire acondicionado, etc. A continuación se expone un ejemplo sencillo de una aplicación enfocada a sustituir el control de flujo de agua hecho por válvula y se propone el control por el inversor. Es importante señalar que para poder hacer una buena proyección es necesario tener algún fundamento de la aplicación en cuestión, para este caso en particular es recomendable un conocimiento básico de los conceptos manejados en bombas de agua y comportamiento de la curva de operación del motor.

83 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA EJEMPLO DE SELECCIÓN

84 ∫ OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA El trabajo desarrollado por la partícula al recorrer una distancia dl es: dt = w · dl = w dl cos a dy = dl cos a por lo tanto: dt = w dy dt = W dy y el trabajo desarrollado durante la trayectoria A-B es: A t = W dy = W ( yA - yB ) = - W H B El signo es negativo debido a la referencia de ejes tomado La potencia está dada por: P = t / t posición A posición B H yA yB y peso w a dl ∫

85 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA POTENCIA TEÓRICA: Es la potencia transmitida a la bomba por el motor, para que esta produzca la carga necesaria POTENCIA REAL: Es la potencia que se debe proporcionar a la bomba para que esta eleve el agua, esto implica que la bomba además de vencer el nivel H, a este se le deberá anexar el nivel h’ el cual constituye a las perdidas por conducción en forma matemática: PT = g Q H PR = g Q ( H + h’ ) sin embargo a esta potencia real se le deberá considerar la eficiencia de la bomba, la cual esta expresada por h’ e incluyéndola en la ecuación: PR = g Q ( H + h’ ) / h’ siendo esta ultima la potencia real requerida por la bomba y el sistema y con la cual el motor es elegido PM = PR donde: PM = Potencia del motor

86 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA con base a la ecuación de potencia: P = t / t esta puede ser expresada en función a las características de un liquido cuyo gasto es: Q = v / t donde: v = volumen que pasa por un tubo en un tiempo t g = peso especifico la ecuación de potencia se puede transformar en: P = g Q H finalmente se puede expresar: Energía = Potencia por tiempo en horas trabajado

87 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA DETERMINACION DE CURVA Q-H PARA LA BOMBA Y EL SISTEMA válvula manómetro bomba agua esquema general de prueba para obtener la curva Q-H Q H v1 v2 v3 v4 v1>v2>v3>v4 h 65% h 70% h 80% h 85%

88 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA SITUACION: una bomba esta proyectada para trabajar 8 horas bajo las condiciones de gasto indicadas en la figura, analice el consumo de energía cuando el gasto es controlado por válvula y por inversor líquido: agua Q = 0,024 m3/s Condiciones de operación durante el día Q 1 1 0,6 H = 54 m 0,3 2 4 6 8 hrs hb = 0,86 tiempo de uso = 8 hrs diarias Velocidad de giro n = 3600 min-1

89 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Selección del motor adecuado para las condiciones descritas líquido: agua Utilizando la ecuación de potencia real adecuada para unidades en ( kW ) y calculando para Q = 0,024 m3/s (condición máxima de operación) PR = g Q ( H + h’ ) / h’ PR = ( 9,81 ) Q H / hb ( kW ) PR = ( 9,81 )( 0,024 )( 54 ) / ( 0,86 ) ( kW ) PR = 14,78 ( kW ) como PR = PM se requiere un motor de: 14,78 kW = 19,71 CP se elige un motor de: 20 CP, 2 polos Q = 0,024 m3/s H = 54 m Velocidad de giro n = 3600 min-1 hb = 0,86 tiempo de uso = 8 hrs diarias

90 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Revisión del equipo seleccionado (arranque directo): Datos del motor: 20 cp ( 15 kW ) Datos rodete: D = 250 mm 3520 min ancho = 23 mm cos f = 0, peso = 5,15 kg I = 23,3 A Jr = 0,0402 kgm2 V = 460 V Datos bomba: potencia = 21 cp ( 15,7 kW ) f = 60 Hz Tl = 4,245 kgm T = 40,5 Nm Tl = 41,65 Nm Tst = 200 % ( 81 Nm ) Ist = 620 % ( 144,5 A ) Tmax = 250 % ( 101,3 Nm ) J = 0,11539 Kgm2 h = 90,2 % Jtotal = 0,0402+0,11539 = 0,15559 kg-m2 Tacc = ( 0,45 )( Tst + Tmax ) - ( 1/3 )( Tl ) Tacc = ( 0,45 )( ,3 ) - ( 1/3 )( 41,65 ) Tacc = 68,15 Nm tst = ( Jtotal ) ( k1 / Tacc ) tst = ( 0,15562 ) ( 415 / 68,15 ) tst = 0,95 s CURVA DE PAR VELOCIDAD V.S. PAR DE LA CARGA DESLIZAMIENTO “S” (p.u.) PAR “T” (p.u.) PAR NOMINAL PAR DE LA CARGA

91 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

92 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

93 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Dimensiones físicas del motor seleccionado (armazón 256T)

94 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Si se analiza el control por válvula y de acuerdo a la curva H-Q de la bomba, al motor se le demandará la siguiente potencia por cada periodo de operación: Q 1Q 0,6Q 0,3Q H 1H 1,1H 1,15H H Q líquido: agua hb velocidad de giro n tiempo de uso = 8 hrs diarias a. Para las 2 primeras horas: PR = 14,78 kW b. Para las 2 segundas horas: PR = 4,73 kW c. Para las 2 terceras horas: PR = 14,78 kW d. Para las ultimas 2 horas: PR = 9,75 kW Por cada etapa de demanda de potncia de la bomba se debe evaluar la energía demandada por el motor a la red de alimentación. Lo anterior se hace utilizando las curvas características en función de la potencia de salida del motor; Para este caso:

95 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Las eficiencias para los puntos de demanda de potencia por la bomba al motor son: a. h = 90,0 % b. h = 86,0 % c. h = 90,0 % d. h = 89,0 % La energía demandada a la red por cada etapa es: a. PIN = 14,78 / 0,900 = 16,42 kW b. PIN = 4,73 / 0,860 = 5,50 kW c. PIN = 14,78 / 0,900 = 16,42 kW d. PIN = 9,75 / 0,895 = 10,89 kW Los kWh consumidos son: a. kWh = (16,42)(2) = 32,84 kWh b. kWh = (5,50)(2) = 11,00 kWh c. kWh = (16,42)(2) = 32,84 kWh d. kWh = (10,89)(2) = 21,78 kWh El costo de la operación será: costo diario = ( 32,84+11,00+32,84+21,78 )( 1,00* ) = $ 98,46 H Q líquido: agua hb velocidad de giro n tiempo de uso = 8 hrs diarias *Solo para fines demostrativos se asume una tarifa de 1 kWh = $1,00 mx pesos

96 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA En el caso de control por inversor de frecuencia, se utilizará las mismas curvas características de operación para el motor y la bomba, pero para esta última ahora en lugar de “movernos” en una curva a velocidad constante, lo haremos en curvas de diferentes velocidades, tal como se muestra la figura: 1Q 0,6Q 0,3Q H 1H 0,5H 0,45H Q v1 v2 v3 H Q líquido: agua hb velocidad de giro n tiempo de uso = 8 hrs diarias Con este nuevo esquema se tiene una potencia demandada al motor: a. primeras 2 horas: PR = 14,78 kW b. segundas 2 horas: PR = 1,99 kW c terceras 2 horas: PR = 14,78 kW d. ultimas 2 horas: PR = 4,43 kW Nuevamente acudimos a la curva del motor para obtener la demanda de energía Del motor a la red.

97 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Las eficiencias para los puntos de demanda de potencia por la bomba al motor ahora son: a. h = 90,0 % b. h = 73,5 % c. h = 90,0 % d. h = 84,5 % La energía demandada a la red por cada etapa es: a. PIN = 14,78 / 0,900 = 16,42 kW b. PIN = 1,99 / 0,735 = 2,71 kW c. PIN = 14,78 / 0,900 = 16,42 kW d. PIN = 4,43 / 0,845 = 5,24 kW Los kWh consumidos son: a. kWh = (16,42)(2) = 32,84 kWh b. kWh = (2,71)(2) = 5,42 kWh c. kWh = (16,42)(2) = 32,84 kWh d. kWh = (5,24)(2) = 10,48 kWh El costo de la operación será: costo diario = ( 32,84+5,42+32,84+10,48 )( 1,00* ) = $ 81,58 El costo diario de operación se reduce en un 17,15% H Q líquido: agua hb velocidad de giro n tiempo de uso = 8 hrs diarias *Solo para fines demostrativos se asume una tarifa de 1 kWh = $1,00 mx pesos

98 OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A
TRAVÉS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA Arreglo típico de laboratorio para realizar pruebas a un motor alimentado por un inversor de frecuencia Inversor de frecuencia Motor a prueba Torquímetro Dinamómetro

99 Transformando Energía en Soluciones