4.motores electrico.pdf

7/25/2019 4.motores electrico.pdf

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Moto res Elctr icos de Al ta Ef ic ienc ia

Ing . A lfredo A guilar [email protected]

www.ingenieriaenergeticaintegral.com

Ingeniera Energtica Integral, S.A. de C.V.

Lucerna No. 62 5 p, Col. Jurez, Mxico, D.F., CP 06600Tel. 57 05 21 61, 57 05 17 06, Fax 57 05 16 89


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Especialista en Ahorro de Energa, Optimizacin de Procesos y ModernizacinTecnolgica

Ingeniero en Energa distinguido con LA MEDALLA AL MERITO UNIVERSITARIOpor obtener en la Divisin de Ciencia Bsicas e Ingeniera de la UniversidadAutnoma Metropolitana Unidad Iztapalapa, las mejores calificaciones enestudios profesionales de Licenciatura

Primer lugar del Premio Nacional de Ahorro de Energa Elctrica en el certamende 1998 en carcter del representante de su empresa, recibi el premio de

manos del Presidente de los Estados Unidos Mexicanos, el 13 de agosto de1999, en la Residencia Oficial de los Pinos

Primer lugar del Premio Nacional de Ahorro de Energa Elctrica en el certamende 1999, en carcter de asesor energtico principal de las plantas de DELPHIAUTOMOTIVE SISTEMS Divisin Noreste de Mxico.

Su empresa Ingeniera Energtica Integral, ha ganado en 15 de sus proyectos en

Premio Nacional de Ahorro de Energa. Ha dirigido, administrado, coordinado y/o ejecutado proyectos de ahorro de

energa, automatizacin y mejora tecnolgica en ms de 300 empresas de toda laRepblica Mexicana

Ha impartido ms 500 cursos especializados en temas de ahorro de energa

Fue Profesor de Matemticas, Fsica y Computacin y en la UniversidadAnhuac de Mxico de la Maestra en Ahorro de Energa.

Expositor: Ing. Alfredo Aguilar Galvn


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INGENIERIA ENERGETICA INTEGRAL S.A. de C.V.

Primer Lugar en Mxico del Premio Nacional de Ahorro de Energa

Antecedentes

17 AOS DEEXPERIENCIAACUMULADA


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Los Motores ElctricosEn Mxico desde hace 17 aos se han estadosustituyendo motores de eficiencia estndar porotros de alta eficiencia y recientemente por

eficiencia Premium.

Otra medida de ahorro es la incorporacinConvertidores de Frecuencia Variable.

Nuestra empresa ha dado seguimiento a este tipode acciones con el fin de verificar la certeza deestas medidas,

Queremos compartir con el pblico interesado losresultados de esta verificacin.


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Los Motores Elctricos

Representan hasta el 80% delconsumo de energa en una industria.

tiles para todo tipo de aplicacionesmecnicas.

Molinos, Bandas,Bombas, Compresores,Tornos, Elevadores etc.


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Existen en variedad de potencia

En una rasuradora elctrica, 15 W

En algn Compresor, 300 hp

En un Bambury de una industriaLlantera 10,000 hp


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Son Equipos de Larga Duracin

La vida mnima 10 aos

En muchas industrias todava haymotores de mas de 50 aos.


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Son Equipos de muy eficientes.

Eficiencia de Motor Combustin Interna

Alrededor del 40%


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Eficiencia:es la justificacin para la sustitucin


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Energa ElctricaEntrante

Energa MecnicaSaliente

Prdidas

EntraPotencia

SalePotenciaEficiencia


11/48

Comparativo de Eficiencia

65

70

75

80

85

90

95

100

1 3 5 10 15 20 30 50 75 100 150 200

HP

Eficiencia%

Estndar Alta Eficiencia Premium


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Las Prdidas dependen del tipo de fabricacin, losmateriales y mtodo de diseo del motor.

Tipo de

Prdidas

Donde

OcurrenQue factores las determinan Como se disminuyen

Independientesdel ndice de

carga

Ncleo,

armazn,

rodamientos,

ventilador

Tipo, calidad y cantidad del material

magnticoCapacidad de eliminar el calor

Friccin entre las partes rodantes

Tipo de material aislante

Empleando acero de mejor calidad magntica,

como acero al silicio

Con una armadura diseada para disipar

mejor el calorUtilizando un material aislante que resista

mayor temperatura

Con un ventilador de enfriamiento de diseo

aerodinmico

Utilizando baleros antifriccin

Dependientes

del ndice de

carga

Estator y

Rotor

La potencia entregada por el motor

reflejada por el ndice de carga

y la corriente elctricasu magnitud es el cuadrado de la

corriente por la resistencia elctrica

del conductor

I2R

Utilizando conductores de mejor calidad con

menor resistencia elctricaCon un dimetro adecuado y mayor cantidad

del conductor elctrico, ms cobre

Mayor rea de laminacin

Espacio del entrehierro mas estrecho


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PrdidasEficiencia

EntraPotencia

SalePotenciaEficiencia

EntraPotencia

PrdidasEntraPotenciaEficiencia


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Procedimiento para Determinar

La Eficiencia en funcin

del Factor de Carga


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Factor de Carga

motordelNominalPotencia

entregadarealPotenciaCargadeFactor

La potencia nominal de un motor elctrico indica la potenciamecnica de salida.

El factor de carga es un ndice que indica la potencia que estentregando el motor en relacin con la que puede entregar.


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Factor de Carga

70%

75%

80%

85%

90%

95%

25% 50% 75% 100%

Factor de carga

Eficiencia 20 Hp Std

30 HP Std40 Hp Std

20 Hp AE30 Hp AE40 Hp AE

Std: Motor Estndar

AE: Motor de Alta Eficiencia


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Recopilacin de informacin :

Marca

Potencia (Hp)

Voltaje de placa

Corriente de placa

Velocidad de rotacin a plena carga

Nmero de polos

Eficiencia nominal

Tipo: abierto, cerrado o a prueba de explosinEquipo acoplado: bomba, ventilador, compresor, banda

transportadora, etc.


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Medicin elctrica:

Corriente por fase: I1, I2, I3 Voltaje entre fases: V1-2, V1-3, V2-3

Factor de potencia

Mediciones de las RPM con tacmetro

Aportacin de corrientes armnicas

Conocer el tiempo de operacin del motor,

S es de manera continua

S tiene varios paros y arranques durante el da,Tipo de transmisin, es decir, si est acoplado de maneradirecta o mediante una banda, etc.

Tipo de arrancador (tensin plena o tensin reducida)

Forma de control ya sea manual o automtico.


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Determinacinde la eficiencia

en referencia

a los

datos de placa.


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1000

FPxIxVx3)kW(DemandaPotencia

Determinacin de la Eficiencia

demandadaPotencia

salidadePotenciaEficiencia



Prdidas


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Determinacin del factor de carga

%100aleficienciaplacaPotencia

medidaPotencia

FC

En muchos casos ser necesario interpolarpara determinar la eficiencia alfactor de carga correspondiente


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Los fabricantes nos reportan la eficiencia

OTOR 1800 rpm EFICIENCIA F. DE POTENCIA

Facc de Carga

HP25% 50% 75% 100% 25% 50% 75% 100%

7.5 77.25 84.55 86.25 85.68 43.45 65.93 76.4 81.26

10 79.2 85.43 86.93 86.44 45.25 68.4 78.35 82.8

15 78.3 85.43 87.15 87.24 48.65 69.8 79.98 83.96

20 82.4 86.73 88.48 88.6 56.7 73.58 82.45 84.2

25 82.8 88.83 89.7 88.78 53.85 78.03 83.93 84.68

30 84.55 89.3 90.28 89.6 68.45 80.05 82.95 85.54

40 83.75 88.38 90.13 90.48 55.75 74.7 82.05 86.08

50 85.95 90.2 91.25 91.24 59.5 78.7 84.73 85.78

60 84.2 90.53 91.4 91.66 57.75 76.55 83.4 85.18

75 85.65 90.9 92.08 92.08 58.05 78.1 84.35 85.82

100 84.5 90.83 91.83 92.18 58.75 78.73 85 86.6

S conocemos el

Factor de Carga

Podemos

Inferir la

Eficiencia


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Eficiencia de algunos motores

77

79

81

83

85

87

89

91

93

25% 50% 75% 100%

Factor de carga

Eficien

cia% 7.5

10

15

20

25

30

40

50

60

75

100


24/48

Ajustes de eficiencia.

Variacin de voltaje.

Desbalanceo de voltaje.

Motor reembobinado.


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Variacin de voltaje.

Relacin entre el voltaje nominal conrespecto al voltaje de operacin

1001 xalminVoltajeno

medidopromedioVoltajeVariacin%


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Efecto de variacin de voltaje en el motor

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

-15

-12.5

-10

-7.5 -5

-2.5 0

2.5 5

7.5 1

0

12.5 1

5

Ajustes por Variacin de Voltaje

Eficiencia

Factor de Potencia

Corriente

Porc

entajedecambio


27/48

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

-15

-12

.5-1

0

-7.5 -5

-2.5 0

2.5 5

7.5 1

0

12

.5 15

Ajustes en la Eficiencia por Variacin de Voltaje

EficienciaPorcen

tajedecam

bio


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Desbalance de voltaje.Mxima Diferencia al Prom.

% Desbalance de Voltaje = ------------------------------------- x 100Voltaje Promedio

Mxima Diferencia al promedio = Volt mximo -Volt promedio , , Volt promedio - Volt mnimo


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Desbalance de voltaje.

75%

80%

85%

90%

95%

100%

01% 2% 3% 4% 5%

Factor de Disminucin en laEficiencia por desbalanceo de Voltaje

Porcentaje de desbalanceo

Factordedisminu

cin


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Comparativo entre Estndar y AE

70%

75%

80%

85%

90%

95%

25% 50% 75% 100%

Factor de carga

Eficiencia 20 Hp Std

30 HP Std40 Hp Std

20 Hp AE

30 Hp AE40 Hp AE

Std: Motor Estndar

AE: Motor de Alta Eficiencia


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Opciones de Sustitucin

Motores de AE de menor tamao. Cuando el motorestndar esta trabajando con bajo factor de carga.

Aplicacin de Motores de AE mismo tamao.Cuando el motor estndar esta trabajando con unfactor de carga entre 60 y 90%.

Aplicacin de Motores de AE de mayor tamao.

Cuando el motor estndar esta trabajando con unfactor de carga mayor al 90%.


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70%

75%

80%

85%

90%

95%

25% 50% 75% 100%

30 Hp AE

40 HP Std

Actual

Propuesta

Eficiencia

Factor de carga

Ejemplo


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Seleccin del tamao adecuado delmotor

Se debe satisfacer el par resistente que la carga presenta en elarranque y durante la operacin del equipo acoplado paracualquier condicin de carga del proceso.

La velocidad de operacin del motor (RPM) deber ser lascorrectas de acuerdo a la requerida por el equipo acoplado o elproceso.

85.075.0

FlechalaenPotenciaAdecuadaPotencia


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Resultados de laSustitucin de 100 Motores

Pertenecen a 4 Industrias Diferentes localizadas en

diferentes estados de Mxico

El cambio fue por motores de Eficiencia Premium

Se midi antes y despus de la sustitucin


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Potencia No. De Motores% AhorroLogrado

Promedio

Eficiencia

Promedio anterior

FP Promedio

anterior

7.5 3 12.7% 81.1% 83.3%

10 12 10.8% 80.2% 80.2%

15 17 11.9% 79.9% 81.5%

20 11 10.5% 82.0% 80.0%

25 9 8.7% 82.1% 86.2%

30 13 11.4% 80.7% 79.2%

40 10 12.0% 81.6% 77.6%

50 10 12.8% 82.4% 81.1%

60 4 12.7% 80.3% 88.7%

75 2 9.0% 83.5% 88.5%

100 8 9.7% 82.5% 83.0%

150 3 5.6% 89.3% 84.3%

200 2 6.5% 88.2% 84.0%

Total o Promedio 104 10.3% 82.6% 82.9%

Resumen de motores evaluados


36/48


Cantidad de Motores por Potencia

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

7.5 10 15 20 25 30 40 50 60 75 100 150 200

Potencia HP

La mayora se encuentra entre 10 y 50 HPEl mayor nmero esta en 15 HP.


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% de Ahorro Medido

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

7.5 10 15 20 25 30 40 50 60 75 100 150 200

Potencia HP


38/48

Resumen de motores evaluadosLos resultados logrados y corroborados con mediciones

arrojan un 10% de ahorro en promedio,

Obtenindose ms de un 12% de ahorro en la sustitucin demotores de 7.5, 40, 50 y 60 HP.

El menor ahorro se obtuvo

en motores de gran potenciade 150 y 200 HP.

% de Ahorro Medido

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

7.5 10 15 20 25 30 40 50 60 75 100 150 200

Potencia HP


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Eficiencia de los anteriores motoresEficiencia Promedio Motores Anteriores

74%

76%

78%

80%

82%

84%

86%

88%

90%

92%

7.5 10 15 20 25 30 40 50 60 75 100 150 200

Factor de Carga No. De Motores

% Ahorro

Logrado

Promedio

Eficiencia

Promedio Anterior

FP Promedio

anterior

Menor al 50% 64 11.1% 80.9% 79.2%

Entre 50% y 90% 36 10.7% 83.2% 83.9%

Mayor al 90% 4 11.0% 86.0% 86.8%


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La eficiencia de los motores sustituidos era menor al 90%, esto seexplica porque los motores anteriores estaban muy usados, por lomenos con 20 aos de vida, todos haban sufrido algunareparacin y la gran mayora operaba a baja carga.

64 motores trabajaban a baja carga, por ello la sustitucin fue porun motor de potencia menor.

4 trabajan a un factor de carga mayor al 90%, la sustitucin fuepor un motor de mayor potencia, y tambin se obtuvieron ahorros,

esto debido a la eficiencia de los motores NEMA Premium,ubicada en un rango que va desde 91 hasta 96% segn el tipo demotor.

El resto de los motores fue sustituido por motores de la mismapotencia que el actual.


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El total de los 104 motores anteriores demandaba una potenciaelctrica de 1,902 kW.

Todos los motores son de uso intensivo

Los nuevos de eficiencia NEMA Premium demandan 1,719 kW,

Se obtuvo un ahorro de 183 kW.

En cuanto a su consumo energtico

Antes 8,947,628 de kWh,

Nuevos 7,884,047 kWh,

Ahorro de 1,063,581 kWh al ao.

El ahorro econmico de casi 200,000 dlares americanos,

Inversin requerida menor a 500,000 dlares.


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El ahorro se ve reflejadoen el recibo elctrico


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El ahorro se ve reflejadoen el recibo elctrico


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Factores crticos a tomar en cuenta

Circunstancias que hay que tomar en consideracin para evitarque la sustitucin se convierta en un fracaso.

Considerar el perfil de carga de la aplicacin, es necesariorealizar una medicin integral por un periodo que refleje lasvariaciones de carga en el tiempo.

Trabajar con datos puntuales no es prudente, aun haciendo unalabor estadstica.

Tomar en cuenta toda la gama de productos para los cualestrabaja el motor, por ejemplo si se tiene una empresa papelera,considerar las diferentes clases de papel

En las especificaciones del motor deben tomar en cuenta lasnecesidades mximas.


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El acoplamiento entre la aplicacin y el motor elctrico, esfundamental verificar el tipo de cople requerido as como la flechaque se requiere.

Los cambios que la estructura de montaje requiere para soportarlos nuevos motores, estos pueden representar un costo

importante y deben ser considerados para determinar larentabilidad de cada medida.

El tiempo de operacin, la rentabilidad de la sustitucin esta ligadaen forma directa con el tiempo de uso del motor.

En caso de que la carga sea muy variable podra incorporarse unconvertidor de frecuencia variable


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Si el equipo acoplado esta mal calculado, los problemas en elmotor elctrico son solo un sntoma de un problema mayor.

En ocasiones el principal ahorro de energa esta en el equipoacoplado al motor elctrico,

En un programa de ahorro de energa debe estudiarse porseparado el motor y el equipo acoplado ambos tienen unaeficiencia de operacin y para ambos existen posibilidades demejora.


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ConclusionesResulta factible sustituir motores estndar por motores de eficiencia NEMA Premium con

buenos resultados tanto de ahorro energtico como de ahorro econmico.

Es importante observar las siguientes circunstancias.

Motores de Menor Tamao. Cuando el estndar trabaja con bajo factor de carga.

Motores del Mismo Tamao. Cuando el estndar trabaja con un factor de carga entre 50 y

90%.

Motores de de Mayor Tamao. Cuando el estndar trabaja con un factor de carga mayor al90%.

Deben tomarse muy en serio las condiciones de arranque, velocidad, alimentacin elctrica,

perfil de carga y torqu tipo requerido.

Por otro lado la sustitucin debe estar avalada por un estudio minucioso de las condiciones deoperacin tanto del motor como de la carga acoplada.

El potencial de ahorro energtico para motores de eficiencia estndar en operacin contina

es de por lo menos un 5%, pudiendo ser mayor si trabaja a baja carga.


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Gracias

[email protected]

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