AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN MOTORES Y COMPRESORES

Ahorro de Energía en Motores

¿Qué es un motor eléctrico? Un motor eléctrico es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica Wen = Energía de entrada en forma eléctrica Wsal = Energía de salida en forma mecánica Wper = Energía perdida durante el proceso en forma de calor

Eficiencia de un motor La eficiencia es la capacidad que tiene el motor de convertir la potencia eléctrica (entrada) en potencia mecánica útil (salida).

Pérdidas en un motor Pérdidas fijas: No dependen de la carga – Pérdidas magnéticas o pérdidas en el hierro – Pérdidas por fricción y ventilación Pérdidas variables: dependen de la carga – Pérdidas en los devanados o perdidas eléctricas – Pérdidas indeterminadas

Variación de eficiencia de un motor Variación de tensión: Reducción de eficiencia, incrementa la corriente de arranque, debido a que las corrientes magnetizantes se incrementan exponencialmente Mayor consumo de energía para compensar la potencia solicitada por el par,, sobrecalentamiento, afecta el aislamiento del motor y reduce la vida útil del motor

Desbalanceo de fases: provoca un flujo magnético de secuencia negativa que ocasiona una corriente desbalanceada, de valor mayor que en condiciones normales. Las corrientes negativas crean torques que se oponen al par normal del motor, provocando vibraciones Motores sobredimensionados: Los motores eléctricos tienen una curva de comportamiento de eficiencia de acuerdo al factor de carga al que están operando

Con un motor reembobinado hay una disminución de la eficiencia del motor: Taller adecuado: la eficiencia disminuye de 1 a 2% Taller de mala calidad: la eficiencia puede disminuir hasta un 6% Es común considerar un 3% de disminución de eficiencia por reembobinado

Consecuencias de un FP bajo Un FP bajo comparado con otro alto, origina, para una misma potencia, una mayor demanda de corriente, lo que implica la necesidad de utilizar cables de mayor sección

Selección de un motor Es conveniente contar con especificaciones del motor y con la siguiente información antes de seleccionar un motor: Potencia del motor, eficiencia, tensión de operación, etc. Temperatura de operación y clase de aislamiento. Carga inicial y número de arranques esperados. Torque de arranque. Tipo de carcasa. Ambiente de trabajo. Protección térmica. Tipo de montaje.

Recomendaciones • Seleccionar el punto real de carga; debe ser aplicado entre un 75% y un 100%. • Seleccionar el motor adecuado al ciclo de trabajo. • Seleccionar el armazón del motor de acuerdo al ambiente. • Seleccionar correctamente la velocidad del motor.

Seleccionar adecuadamente el sistema de enfriamiento Seleccionar adecuadamente el sistema de enfriamiento. • Utilizar motores de inducción trifásicos en lugar de monofásicos. • Utilizar motores síncronos en lugar de motores de inducción.

Medidas operacionales 1. Efectuar correctamente la instalación eléctrica y el montaje de los motores y su carga. 2. Realizar en forma correcta la conexión a tierra. 3. Evitar instalar motores en lugares reducidos.

4. Corregirla variación de tensión en los alimentadores 4. Corregirla variación de tensión en los alimentadores. POR NORMA: +/- 5%, pero se recomienda que sea menor a un +/- 1%. 5. Balancear la tensión de alimentación de motores trifásicos, que está no sea mayor al 3%.

6. Compensar el factor de potencia. 7 6. Compensar el factor de potencia. 7. Evitar en medida de lo posible el arranque y la operación simultanea de los motores. 8. Utilizar arrancadores a tensión reducida.

9. Cambiar arrancadores convencionales por electrónicos. 10 9. Cambiar arrancadores convencionales por electrónicos. 10. Sustituir poleas, engranes o bandas para reducir la velocidad por variadores de frecuencia electrónicos.

11.Utilizar variadores de velocidad , cuando la carga sea variable. 12.Acoplar directamente el motor a la carga siempre que el accionamiento lo permita. 13. Instalar acoplamientos flexibles.

14. Instalar equipos de control de temperatura. 15 14.Instalar equipos de control de temperatura. 15.Mantener en buen estado y calibrados las protecciones de sobrecalentamiento y sobrecarga.

16. Revisar periódicamente las conexiones eléctricas del motor. 17 16.Revisar periódicamente las conexiones eléctricas del motor. 17.Mantener en buenas condiciones los sistema de ventilación y enfriamiento.

18. Verificar frecuentemente la alineación de la carga. 19 18.Verificar frecuentemente la alineación de la carga. 19.Reparar o cambiar ejes del motor y de la transmisión dañados. 20.Mantener en optimas condiciones los cojinetes del motor.

21. Realizar periódicamente lecturas de los parámetros eléctricos. 22 21. Realizar periódicamente lecturas de los parámetros eléctricos. 22. Efectuar rutinariamente la limpieza del motor.

Recomendaciones • Seleccionar el punto real de carga; debe ser aplicado entre un 75% y un 100%. • Seleccionar el motor adecuado al ciclo de trabajo. • Seleccionar el armazón del motor de acuerdo al ambiente. • Seleccionar correctamente la velocidad del motor.

AHORRO EN EL ENCENDIDO DE MOTORES El ahorro de energía comienza desde la selección apropiada de los motores. AHORRO EN EL ENCENDIDO DE MOTORES Los mayores ahorros de energía eléctrica obtienen cuando el motor y su carga operan a su máxima eficiencia.

Administración de la demanda Las tarifas eléctricas para la industria), hacen un cargo por demanda máxima (kW). La demanda es registrada simultáneamente durante un lapso de 15 minutos.

Recomendaciones Elegir correctamente la potencia del motor. Seleccionar el motor de acuerdo con su ciclo de trabajo. Recomendaciones

3. Seleccionar correctamente la velocidad del motor. 4 3. Seleccionar correctamente la velocidad del motor. 4. Sustituir los motores antiguos o de uso intenso.

5. Efectuar correctamente la instalación eléctrica y el montaje de los motores y su carga. 6. Realizar en forma correcta la conexión a tierra de los motores.

7. Evitar concentrar motores en locales reducidos o en lugares que puedan dificultar su ventilación. 8. Corregir la caída de tensión en los alimentadores. Las normas permiten una caída máxima del 3% pero es recomendable que no rebase el 1%.

9. Compensar la energía reactiva demandada por los motores de corriente alterna más importantes o con mayor número de horas de funcionamiento. 10. Evitar hasta donde sea posible el arranque y la operación simultánea de motores.

11. Utilizar arrancadores a tensión reducida, en aquellos motores que realicen un número elevado de arranques. 12. Utilizar arrancadores estrella-triángulo o de devanado partido.

13. Sustituir en los motores de rotor devanado, los reguladores con resistencias para el control de la velocidad, por reguladores electrónicos más eficientes. 14. Instalar arrancadores electrónicos en lugar de los reóstatos convencionales para el arranque de los motores de corriente directa.

15. Sustituir motores con engranes, poleas, bandas u otro tipo de transmisión. 16. Evaluar la posibilidad de conectar la ventilación solamente durante las bajas Velocidades.

MAS RECOMENDACIONES

17. Acoplar directamente el motor a la carga siempre que el accionamiento lo permita. 18. Instalar equipos de control de la temperatura del aceite de lubricación de cojinetes.

19. Mantener en óptimas condiciones los sistemas de ventilación y enfriamiento de los Motores. 20. Verificar periódicamente la alineación del motor con la carga impulsada.

21. Reparar o cambiar los ejes del motor y de la transmisión, si se han doblado por sobrecarga o por mal uso. 22. Mantener en buen estado los medios de transmisión entre el motor y la carga, tales como: poleas, engranes, bandas y cadenas.

23. Realizar la inspección periódica del motor, incluyendo lecturas de corriente, potencia (kW), velocidad (rpm), resistencia de aislamiento, etc. 24. Efectuar rutinariamente la limpieza del motor.

25. Mantener actualizados los manuales de operación de los motores, 26 25. Mantener actualizados los manuales de operación de los motores, 26. Colocar carteles con instrucciones concretas para los operarios.

Ahorro de energía en el uso de aire comprimido

¿Que es el aire comprimido? Se refiera a una tecnología o aplicación técnica que hace uso de aire que ha sido sometido a presión por medio de un compresor. El uso del aire comprimido tiene la ventaja sobre la hidráulica de ser más rápido, pero menos preciso en el posicionamiento de los mecanismos y no permite fuerzas grandes.

Compresores Máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Su principio de funcionamiento se basa en la primera y segunda ley de la termodinámica.

Compresores alternativos Ventajas Desventajas Mayor eficiencia adiabática y coste de potencia. Menos sensible a cambios de la composición del gas. Aplicable en industrias alimenticias, farmacéuticas , químicas y hospitales. Rendimiento energético 6.2 – 5 kW/m3 min. Alto coste inicial y mantenimiento. Tamaño y peso elevado. Motores de baja velocidad y alto mantenimiento. Usan lubricantes, que al carbonizarse se adhiere creando sobrecalentamiento, lo que reduce la eficiencia en 15%.

Compresores rotativos Ventajas Desventajas El gas no hace contacto con las partes rotatorias metálicas. Se utilizan mucho como bombas de vacío. Poseen la capacidad de ser de velocidad variable. Utilizado en la industria de la madera, por su limpieza y capacidad. Rendimiento energético 7.1 – 5.6 kW/m3 min. Consumo de potencia superior al de compresores alternativos. Perdida de capacidad y quizás serios daños por sobrecalentamiento.

Compresores centrífugos Ventajas Desventajas Menor costo inicial y de mantenimiento. Menor tamaño y de alta velocidad. Industria petroquímica y la minería. Rendimiento energético 6.25 – 5.1 kW/m3 min. Rango operativo limitado. Limite inferior de caudal. Alto costo de la potencia del motor. Sensible a cambios en la composición y densidad del fluido.

Eficiencia de la compresión Medida de las pérdidas que resultan de la divergencia entre el ciclo real y el ciclo teórico de compresión. Perdidas: Rozamiento interno a causa de no ser el fluido un gas perfecto y a causa también de las turbulencias. Retraso en la apertura de las válvulas de admisión y escape. Efecto de las paredes del cilindro. Compresión politrópica.

Eficiencia Isentrópica Cuando son insignificantes los cambios de energía potencial y cinética del gas mientras éste es comprimido, el trabajo de entrada para un compresor adiabático es igual al cambio de entalpía, por lo que para este caso la ecuación de rendimiento adquiere la forma: Los compresores mejor diseñados tienen eficiencias isentrópicas de 80 a 90%.

Filtros Extrae del aire comprimido todas las impurezas y el agua condensada. El filtro tiene por misión: Detener las partículas sólidas. Eliminar el agua condensada en el aire.

Secadores

Tuberías de distribución

¿Cuanto podemos ahorrar?

Recomendaciones para ahorros Utilizar compresores de tornillo de velocidad variable. Arreglar fugas. Utilice buenas abrazaderas en todas sus mangueras. Buscar que la toma de aire de compresores sea de un lugar frío, de esta forma, eliminaremos en lo posible la generación de vapor de agua. Limpiar regularmente los filtros de aire. Cancelar ramales sin uso. Utilizar en los compresores, aceite sintético de bajas pérdidas Instalar secadores por refrigeración. Cambiar a tuberías más grandes las que tienen mayor flujo. No debe existir una caída de presión superior al 5% entre el compresor y el punto de utilización más lejano. Usar válvulas de corte cuando parte de una fábrica no utiliza aire durante un periodo largo.

Normas NOM-ENER-016-1997 NMX-J-433-ANCE-2005 La NMX-J-075/1-1994-ANCE

Motores NOM-ENER-016-1997 NMX-J-433-ANCE-2005 La NMX-J-075/1-1994-ANCE

De la energía eléctrica que se genera en México, alrededor del 70% la consumen en su funcionamiento los motores eléctricos, distribuidos en la industria, el comercio, los servicios y el hogar

ISO 1217:1996 ISO/7919 ISO/10816 Compresores

Piensa en ahorrar energía, piense en SMC Ahorro de energía Piensa en ahorrar energía, piense en SMC

Ahorro de Energía INTRODUCCION Cómo una medida para contrarrestar el calentamiento global de la tierra, surgió en la conferencia de Cambios Climatológicos celebrada en Kyoto Japón el concepto “ahorro de energía”, el cual tiene como objetivo reducir un 6% las emisiones de CO2 producidas entre 1990 y el 2010, para esto es obligatorio que todas las compañías que tengan una demanda alta en energía deberán de predecir de cuanto serán sus ahorro de esta durante este periodo de tiempo.

¿Que es el ahorro de energía? El consumo de energía eléctrica generado por el trabajo de un compresor de airé es de alrededor de un 20 % del consumo total (Figura 1). Ahora bien en la figura 2 se muestra el porcentaje de consumo de airé en un sistema neumático, es necesario entender y comprender estos consumos para controlar y reducir el gasto de cada uno.

Ahorro de Energía Lo anterior nos dice que el ahorro de energía comienza con la medición de esta y la obtención de resultados. Averiguar donde, cuanto cuesta y con que propósito la energía esta siendo usada. Después investigar cuanto podemos ahorrar como resultado de las mejoras. Una efectiva implementación de mejoras de ahorro de energía puede ser llevando a cabo un reconocimiento y control del estado actual del consumo de energía y la obtención de los valores en costo. Razón de las mejoras Medición Mejoras Medición Ahorro de energía Reconocer el potencial de las mejoras Reconocer el consumo actual Verificar el consumo de energía después de las mejoras

Se debe de reconocer el estado actual del sistema Ahorro de Energía Se debe de reconocer el estado actual del sistema Para promover el ahorro de energía en un sistema neumático es necesario hacer un análisis de cómo se encuentra el actual sistema de consumo de airé y con esto implementar las mejoras necesarias para el ahorro de energía (costo beneficio) en nuestra área de trabajo.

¿Que es la medición de ahorro de energía? Antes de la mejora Después de la mejora Capacidad de operación del compresor Consumo pico (A) Consumo (B) Consumo (C) + Operación continua del compresor

Ahorro de Energía Consumo tipo A: Consumo por la operación de los equipo de trabajo. Consumo de cilindros. Sistemas de sopleteo de aire. Consumo por ejectores de vacío. Consumo tipo B: Consumo por equipo de línea. Consumo por purgas de aire. Sistemas de sopleteo de aire para prevenir que material extraño se adhiera al producto o proceso. Sopleteo o barrido dentro de casetas de pintura. Consumo tipo C: Por fugas de airé. Cortinas de aire etc.

Ahorro de Energía Propuesta (1) Mantenimiento línea principal Medición de flujo Antes de la mejora: El consumo de airé es desconocido y no se tiene claro cuanto se esta gastando en energía, por fugas, por lo cual el objetivo de esta mejora es conocer esos valores. Después de la mejora: Con el uso efectivo de los instrumentos de medición. Ahora se conocen los valores reales de consumo de aire.

Ahorro de Energía Propuesta (1) Mantenimiento línea principal Mantener la presión de línea Antes de la mejora: Las perdidas de presión en filtros son causadas por saturación de los elementos filtrantes y atascamiento de estos elementos, por lo tanto esto provoca un mayor trabajo del compresor. Después de la mejora: Un mantenimiento regular y la implementación de medidores de presión y equipo de monitoree de las condiciones del elemento filtrante en cada unidad de mantenimiento y filtro de línea, ayuda a realizar una inspección constante de las condiciones del equipo de línea principal y FRL’s.

Ahorro de Energía Propuesta (1) Mantenimiento línea principal

Ahorro de Energía Propuesta (2) equipo sin operar Reducción de las fugas de aire y desfogue del aire por purgas de condensados cuando el sistema no esta en operación. Antes de la mejora: Durante el compresor esta en operación e inclusive cuando el equipo no esta en operación, hay consumo de aire debido a fugas de aire.

Ahorro de Energía Propuesta (2) Equipo sin operar Después de la mejora: El airé de alimentación es cortado cuando el sistema no esta en operación.

Ahorro de Energía Propuesta (3) Reducción de consumo de aire en sistemas de soplado de aire Antes de la mejora: Sistema de soplado sin boquillas para aire.

Ahorro de Energía Propuesta (3) Reducción de consumo de airé en sistemas de soplado aire Después de la mejora: Sistema de soplado con boquillas incorporadas.

Ahorro de Energía Propuesta (4) Reducción de consumo de aire en herramientas neumáticas. Antes de la mejora: En este caso como son pistolas de aire no se considera como un ahorro de energía en la mayoría de las empresas y por lo tanto la presión es tomada de la línea principal.

Ahorro de Energía Propuesta (4) Reducción de consumo de aire en herramientas neumáticas. Después de la mejora: Fittings y manguera de mayor área han sido incorporadas, también un regulador de presión para el control de la presión.

Ahorro de Energía Propuesta (5) Fugas de aire Eliminar las fugas de aire desde los elementos de la tubería Antes de la mejora: Del 20 al 50% del consumo de airé es causado por fugas de aire.

Ahorro de Energía Ejemplos de fugas de aire

Ahorro de Energía Cómo se eliminan las fugas de aire

Ahorro de Energía Resultados de la mejora

Ahorro de Energía Propuesta (6) Reducción de consumo de aire por medio de un elementos mecánicos. Antes de la mejora: Un sensor neumático es utilizado para confirmar presencia de una pieza después de ser maquinada. A pesar de que el sensor a detectado la pieza este continua desfogándose a la atmósfera.

Ahorro de Energía Propuesta (6) Reducción de consumo de aire por medio de un elementos mecánicos. Después de la mejora: Se ha incorporado al sistema una válvula de rodillo y una electroválvula las cuales solo suministraran aire al sistema cuando haya presencia de material.

Ahorro de Energía Propuesta (7) Reducción de consumo de aire en casetas de pintura. Antes de la mejora: En las casetas de pintura es necesario mantener en operación los agitadores de pintura todo el tiempo, esto es con el objetivo de evitar que la pintura se coagule y se generen grumos. El aire es suministrado de la misma manera si el sistema esta en operación o no esta en operación.

Ahorro de Energía Propuesta (7) Reducción de consumo de aire en casetas de pintura. Después de la mejora: El circuito neumático para los agitadores ha sido modificado para que una mínima cantidad de aire sea suministrando al sistema cuando este no este en operación.

Ahorro de Energía Propuesta (8) Reducción de consumo de aire por medio de actuadores. Antes de la mejora: Un cilindro neumático de diámetro grande es utilizado para levantar y bajar una pieza con un peso considerable. Además utiliza unas guías externas lo cual incrementa sus dimensiones.

Ahorro de Energía Propuesta (8) Reducción de consumo de aire por medio de actuadores. Después de la mejora: Es incorporado al sistema un cilindro antigiro y doble fuerza de avance.

Ahorro de Energía Propuesta (9) Generadores de vacío Reducción del consumo de aire por el uso de generadores de vacío. Antes de la mejora: Para la manipulación de piezas por medio de vacío, es necesario un flujo de succión grande, lo cuál exige el uso de toberas grandes y como consecuencia de esto existe un consumo considerable de aire.

Ahorro de Energía Propuesta (9) Generadores de vacío Después de la mejora: Con el uso de un generador de tres etapas se reduce el consumo de aire inclusive con el mismo caudal de succión y presión de vacío.

Ahorro de Energía Propuesta (10) Reducción de consumo de energía eléctrica en un sistema de enfriamiento Antes de la mejora: En un sistema de enfriamiento para pistolas de soldadura, el agua de enfriamiento esta constantemente siendo recirculado, incluso cuando el sistema no esta en operación.

Ahorro de Energía Propuesta (10) Reducción de consumo de energía eléctrica en un sistema de enfriamiento para soldadura. Después de la mejora: Es incorporada una válvula de paso la cual cierra el suministro de agua a la pistola.

Ahorro de Energía Propuesta (11) Clampeo Hidráulico Antes de la mejora: Un sistema hidráulico es utilizado para sujetar una pieza cuando esta siendo maquinada.

Ahorro de Energía Propuesta (11) Clampeo Hidráulico Después de la mejora: El sistema hidráulico de clampeo es sustituido por un sistema hidroneumático y el sistema de avancé hidráulico es sustituido por un motor eléctrico.

Ahorro de Energía Propuesta (12) Bajo consumo de energía/Tiempo de vida largo El consumo de energía se reduce por medio del uso de válvulas solenoides que utilizan bajo consumo de energía. También el uso de sello metálico aumenta el tiempo de vida de la válvula.

Gracias