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Eficiencia Energética Eéctrica
1Confidential Property of Schneider Electric
Conceptos generales - Experiencia en la Aplicación de Variadores de
Velocidad “VSD”
Introducción
Que es la Energía ?
Es la capacidad para realizar un trabajo o transmitir calor. Es una magnitud escalar.
Primera Implicancia:
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La energía, el calor y el trabajo mecánico se pueden expresar con las mismas unidades.
Unidad en el sistema mksA
1 Joule ≡ 1[ N ]. m ≡1[ Kg m/s2] .m ≡ 1 Kg m2/s2
HRU – Setiembre 2014
Exergía
La Exergía es la porción de la
Por que la EE de energía eléctrica es la más beneficiosa y de mayor impacto
( La exergía, término introducido por Zoran
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La Exergía es la porción de la energía que puede ser transformada en trabajo mecánico, la parte restante, sin utilidad práctica, recibe el nombre de Anergía.
introducido por ZoranRant en 1956)
Zoran Rant (1904 -1972): Ingeniero Mecánico, profesor y científico esloveno.
HRU – Setiembre 2014
Energía: un pequeño ahorro en las casas e industria s es un gran ahorro en las plantas generadoras de energías
Carbón
100 kWht 35 kWhe 33 kWhe
Pérdida en las lineas y transformadoresAT –MT 2 kWhe
4HRU- Setiembre 2014
100 unidadesAhorro en la
industria
300 unidadesAhorro en la planta
de generación
Generación de CO2 = 990 gr/kWhe
En Argentina
100 kWht 53 kWhe 50 kWhe
Pérdida en las lìneasAT –MT 3 kWhe
Matriz Energética
5HRU- Setiembre 2014
100 unidadesAhorro en la
industria
200 unidadesAhorro en la planta
de generación
Generación de CO2 = 500 gr/kWhe
Eficiencia Energética IEC60364-8-1
EFICIENCIA ENERGETICA PASIVA
AEA 90364-8-1
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EFICIENCIA ENERGETICA ACTIVA
HRU – Setiembre 2014
Eficiencia Energética IEC 60364-8-1AEA 90364-8-1
Eficiencia en los equipos consumidores.
PASIVA ACTIVA
Eficiencia en el sistema de Distribución Eléctrica
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Sistema de Monitoreo de la Instalación
Eficiencia en el sistema de Distribución Eléctrica
PASIVA ACTIVA
HRU – Setiembre 2014
Sistema de Gestión de la Energía
Manual de Política Energética
Implementación y
Planificación
Revisión Gerencial
Mejora Continua
Planta Preexistente que implementa la Gestión de Energía
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Implementación y Operación
Medición, Monitoreo y evaluación
Análisis y determinación de
acciones correctivas
Auditoría Interna
HRU – Setiembre 2014
Eficiencia Energética AEA90364-8-1
AXIOMA de EE : No se puede cambiar lo que no se conoce – No se conoce porque no se
Sistema de Monitoreo de la Instalación
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• Sistema de Monitoreo Continuo
conoce – No se conoce porque no se monitorea
HRU – Setiembre 2014
Eficiencia Energética AEA90364-8-1
Sistema de Monitoreo de la Instalación
3 Objetivos Principales :1) Análisis de Calidad de Energía2) Identificación del Uso de Energía en cada
proceso o área y análisis de las variaciones.3) Control de la Performance de Planta y
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Benchmarking.
HRU – Setiembre 2014
Sistemas de gestión
•Responden a las necesidades propias del manager.•Usuario no tiene porque poseer los conocimientos eléctricos•Facilitan la información previamente tratada y presentadade forma que la extracción de conclusiones sea inmediata.•Ideales para la asignación de costos, cálculo de ratios,cumplimiento de objetivos, benchmarking, etc.
Sistemas técnicos:
•Pensados para técnicos,•Usuarios con conocimientos eléctricos de la instalación•Tiempo para la explotación del sistema instalado.•Ideales para la supervisión y el control, estudios de carga ymantenimiento preventivo, etc.
• Eficiencia Energética AEA90364-8-1Sistema de Monitoreo de la Instalación
11HRU – Setiembre 2014
Edificios corporativos
Edificios de Oficinas
Edificios Comerciales
Sistemas de GestiónEficiencia energética y ahorro de costos
Clasificación
Sistema de Monitoreo de la Instalación
12HRU- Setiembre 2014
Hoteles
Sistemas TécnicosDisponibilidad y confiabilidad de la energía
Eficiencia Energética AEA90364-8-1
Sistema de Monitoreo de la Instalación
1 – Consumo de Energía por área o línea de fabricac ión.2 - Demanda de Potencia KW en función del tiempo.3 – Tensión y balance de Tensiones.4 - Cos ϕϕϕϕ5 – Armónicos THDV y THDI
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Sistema de Monitoreo Continuo
HRU – Setiembre 2014
Eficiencia en los equipos consumidores.
EC2) Regulación de caudales y presiones con motores y variadores de Velocidad
FP = T [N.m] x P = T [N.m] x ωω [1/s][1/s]
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R
F
Pe = P Pe = P / / ηηmm
Potencia Eléctrica Demandada
ηηm : Rendimiento del motor
HRU – Setiembre 2014
Potencia mecánica de un sistema Hidráulico
p
QWm = (p2 – p1) . Q = ∆∆∆∆p .Q
∆∆∆∆p [N/m2] Q [m3/s]
Eficiencia en los equipos consumidores.
15HRU- Setiembre 2014
p2
p1
Wm = ∆∆∆∆p .Q [N/m2] [m 3/s]
Wm = ∆∆∆∆p .Q [W]
Wm = ∆∆∆∆p .Q [N.m/s]
[N.m /s] ≡ [J /s ] ≡ [ W ]
Potencia mecánica de un sistema Hidráulico
p
Q
T .ω = (p2– p1) . Q /ηb
Relación de la potencia hidráulica con la mecánica del motor :
Eficiencia en los equipos consumidores.
16HRU- Setiembre 2014
p2
p1
We = T. ω/ ηm
Relación de la potencia mecánica del motor con la Eléctrica de entrada:
Regulación Serie (en la impulsión)
Eficiencia en los equipos consumidores.
17HRU- Setiembre 2014
Regulación Serie (en la succión)
Regulación Paralelo
Q2 =Cte. Q1
P1
P2
Eficiencia en los equipos consumidores.
18HRU- Setiembre 2014
Q1
Q3
Q1 = Q2 – Q3
P1
Válvula Bypass
Regulación Serie (en la impulsión)
Balance de PotenciaBalance de Potencia
P2 P3Q1 Q1P2
Eficiencia en los equipos consumidores.
19HRU- Setiembre 2014
Ep= [P3-P2].Q1 .tiempo
Q1
P1Pmec-total = [P2-P1] . Q1
Pmec-util = [P3-P1] . Q1
Pmec-per = [P3-P2] . Q1
Calentamos agua
Solución con Variador de VelocidadSolución con Variador de Velocidad
P3Q1 Q1P3
ATV61/71
Eficiencia en los equipos consumidores.
20HRU- Setiembre 2014
Ep= [P3-P2].Q1 .tiempo
Q1
Q1
Q1
P1
P3
Pmec-total = [P3-P1] . Q1
Pmec-util = [P3-P1] . Q1
Pmec-per = [P3-P2] . Q1
Q1P2
P1
Q1
Solución con Variador de VelocidadSolución con Variador de Velocidad
Eficiencia en los equipos consumidores.
21HRU- Setiembre 2014
Q1
Pmec-total = [P2-P1] . Q1
Pperdidas = [P2-P1] . Q3
Pmec-util = [P2-P1] . Q1
ATV71
Ventiladores
Variador de frecuencia
Persianas de entrada
Persianas de salida
40%50%60%70%80%90%100%
Potencia activa
Eficiencia en los equipos consumidores.
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0%10%20%30%40%
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Flujo
100
Ep = w 50.t50 + w80.t80
Ep = ∫∫∫∫t0w dt
HRU – Setiembre 2014
Bombas
Variador de frecuencia
Válvula a la salida
Bypass
50%60%70%80%90%100%
Potencia activa
Eficiencia en los equipos consumidores.
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0%10%20%30%40%50%
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Caudal100
HRU – Setiembre 2014
Aire Comprimido – Tipos de Compresores
Screw
Pis
ton
Capacidad de compresión y presiones vs. Tipo de Compres ores
24Confidential Property of Schneider Electric
Los compresores a tornillo se usan frecuentemente para presiones medias y bajas
Turbo
ScrewVane
Variable piston
HRU – Setiembre 2014
El suministro de aire comprimido es el compresor
25Confidential Property of Schneider ElectricHRU – Setiembre 2014
Control de los compresoresControl interno: Es el control más usado
pres
sure
Control carga /descarga Control con VSD
pres
sure
26Confidential Property of Schneider Electric
pres
sure
totaltiempo
acentiempototaltiempoadescderelacion
_
)arg___(arg__
−=
HRU – Setiembre 2014
EC3) Variadores de Velocidad de alta eficiencia
Eficiencia en los equipos consumidores.
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- Filtrado de Armónicos = ���� Alta Eficiencia - Frecuencia de Switching preajustada 4 KHz- Frecuencia de Switching variable en relación a
la disipación térmica. ATV21
HRU – Setiembre 2014
Eficiencia en los equipos consumidores.
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ATV12
ATV31 ATV61ATV71HRU – Setiembre 2014
Reglas a Respetar al instalar variadores de velocid ad
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www.google.com ECO 2 Schneider Electric
HRU – Setiembre 2014
Reglas a Respetar al instalar variadores de velocid ad
Descargas elèctricas a través de los rodamientos
30HRU – Febrero 2014
Reglas a Respetar al instalar variadores de velocid ad
Perturbaciones de tensión y de corriente por los pu lsos del VSD
El dv/dt genera corrientes transitorias elevadas a la frecuencia de switcheo en las capacidades parásitas del cable y el motor que generan pérdidas adicionales en el VSD, el cable y el motor.
31HRU – Setiembre 2014
el cable y el motor.
El pulso de tensión aplicado al cable del motor genera sobretensiones en los terminales del motor que serán proporcionales a la longitud del cable y sus características la velocidad de incremento de tensión y el algoritmo del PWM
Reglas a Respetar al instalar variadores de velocid ad
Compatibilidad Electromagnética - EMC
32HRU – Setiembre 2014
Elementos de un variador PWM
Reglas a Respetar al instalar variadores de velocid ad
Si no se puede reducir la longitud del cable y/o la frecuencia de switcheo hay tres variables
Reglas básicas:
• Frecuencia de switcheo lo mas baja posible (4 kHz).• Longitudes de cable VSD – Motor lo màs corta posible
33HRU – Setiembre 2014
la frecuencia de switcheo hay tres variables más que se pueden agregar para evitar las sobretensiones en el motor y VSD.
1) Software en el Variador
2) Chope en la salida del VSD
3) Filtro senoidal
Reglas a Respetar al instalar variadores de velocid ad
1) Software en el Variador
Los VSD de la gama de los ATV71 tienen un software de control que evita la doble transición opuesta de pu lsos, tiene dos funciones :
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SUL : Surge Limitation Function
SOP : Parámetro de Optimización
HRU – Setiembre 2014
Reglas a Respetar al instalar variadores de velocid ad
2) Inductancia en la salida del VSD (Motor Choke)Altamente recomendado cuando :
- Cuando se utilizan motores no diseñados para trabajar con VSD y con longitudes de cables relativamente cortas (de 5 a 50 mts.)
- Cuando las corrientes de fuga a
Ventajas :
-Reduce el dv/dt debajo de 500V/µs- Reduce las sobretensiones- Bajo Costo
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- Cuando las corrientes de fuga a tierra son grandes por longitudes grandes de cables y riesgos de corto circuitos fase – tierra.
Motor Choke
Elementos de un variador PWMHRU – Setiembre 2014
Reglas a Respetar al instalar variadores de velocid ad
3) Filtro Senoidal
El filtro senoidal es un filtro pasa-bajos con frecuencia de corte por debajo de la frecuencia de switcheo (4 kHz).Es la mejor solución para evitar las sobretensiones en bornes del motor permitiendo longitudes de hasta 1000 m con cable standard y 300 m para cables apantallados.
Filtro Senoidal
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∼∼∼∼
Filtro Senoidal
HRU – Setiembre 2014
Reglas a Respetar al instalar variadores de velocid ad
37HRU – Febrero 2014
Compensación de la Energía Reactiva.
Eficiencia en el sistema de Distribución Eléctrica
* Bajo Cos ϕ implica pérdidas de energía dentro y fuera de la instalación.* Limitación de las prestaciones de los transformadores de Distribución.* Multas por bajo Cos ϕ .
38HRU – Setiembre 2014
Soluciones GeneralesSoluciones Generales
Sn : Potencia Aparente del TransformadorSn : Potencia Aparente del Transformador
GhGh : Potencia Aparente de las cargas : Potencia Aparente de las cargas
Compensación de la Energía Reactiva.
Eficiencia en el sistema de Distribución Eléctrica
39HRU- Setiembre 2014
GhGh : Potencia Aparente de las cargas : Potencia Aparente de las cargas generadoras de armónicos ( variadores de generadoras de armónicos ( variadores de velocveloc., convertidores estáticos, electrónica de ., convertidores estáticos, electrónica de potencia ,lámparas de descarga, tubos potencia ,lámparas de descarga, tubos fluorescentes , etc.)fluorescentes , etc.)
QcQc : Potencia del equipamiento de : Potencia del equipamiento de compensacióncompensación
U : Tensión de RedU : Tensión de Red
Soluciones GeneralesSoluciones Generales
Compensación de la Energía Reactiva.
Eficiencia en el sistema de Distribución Eléctrica
40HRU- Setiembre 2014
ClassicClassic Tipo Tipo ComfortComfort
Tipo Tipo HarmonyHarmony
Soluciones para sistemas con altos contenidos de Ar mónicos Soluciones para sistemas con altos contenidos de Ar mónicos
�� Protección de condensadores con inductancias anti armónicos “ Tipo Protección de condensadores con inductancias anti armónicos “ Tipo
Compensación de la Energía Reactiva.
Eficiencia en el sistema de Distribución Eléctrica
41HRU- Setiembre 2014
�� Protección de condensadores con inductancias anti armónicos “ Tipo Protección de condensadores con inductancias anti armónicos “ Tipo HarmonyHarmony” ”
�� Filtros Pasivos Filtros Pasivos
�� Filtros Activos ( X )Filtros Activos ( X )
�� Filtros Híbridos ( combinación activo + Filtros Híbridos ( combinación activo + pasivo”Harmo nypasivo”Harmony” ) ” )
Filtros Pasivos con inductancias “Filtros Pasivos con inductancias “HarmonyHarmony””
Compensación de la Energía Reactiva.
Eficiencia en el sistema de Distribución Eléctrica
42HRU- Setiembre 2014
Varpact Harmony
Filtros Pasivos con inductancias “Harmony = Comfort + Inductancia DR”Filtros Pasivos con inductancias “Harmony = Comfort + Inductancia DR”
Red sola Red sola
Red con Red con condensadores e condensadores e
Red con Red con condensadorescondensadores
Compensación de la Energía Reactiva.
Eficiencia en el sistema de Distribución Eléctrica
43HRU- Setiembre 2014
condensadores e condensadores e Inductancias Inductancias
•• Eliminación del riesgo de resonanciaEliminación del riesgo de resonancia•• Los armónicos no son totalmente eliminadosLos armónicos no son totalmente eliminados•• Frecuencias de sintonía : 215 Hz y 135 HzFrecuencias de sintonía : 215 Hz y 135 Hz
Filtros Pasivos con inductancias “Harmony = Comfort + Inductancia DR”Filtros Pasivos con inductancias “Harmony = Comfort + Inductancia DR”
Compensación de la Energía Reactiva.
Eficiencia en el sistema de Distribución Eléctrica
44HRU- Setiembre 2014
NRC 12
Esquema tipo de instalación Esquema tipo de instalación -- Filtros Pasivos con Filtros Pasivos con inductancias Harmonyinductancias Harmony
Compensación de la Energía Reactiva.
Eficiencia en el sistema de Distribución Eléctrica
45HRU- Setiembre 2014
Situación antes del filtradoSituación antes del filtradoTHD(V) = 8 %cos ϕ = 0,75Situación Situación despúesdespúes del filtradodel filtradoTHD (V) = 3 %cos ϕ = 0,93
HRU – Setiembre 2013
Filtros Pasivos Sintonizados HarmonyFiltros Pasivos Sintonizados Harmony
Compensación de la Energía Reactiva.
Eficiencia en el sistema de Distribución Eléctrica
46HRU- Setiembre 2014
•• Circuito de derivación Circuito de derivación realizado con un LC sintonizado realizado con un LC sintonizado sobre las frecuencias de sobre las frecuencias de armónicos a eliminararmónicos a eliminar•• Rangos habitualmente Rangos habitualmente eliminados: 5, 7, 11eliminados: 5, 7, 11••Compensación de energía Compensación de energía reactiva aseguradareactiva asegurada
Transformador MT/BTI armónica
Cargas generadoras de
Armónicos
Capacitores y Filtros antiarmónicos
Filtros HíbridosFiltros Híbridos
•• Principio: asociación de Principio: asociación de soluciones pasiva y activassoluciones pasiva y activas•• Eliminación de armónicos de Eliminación de armónicos de rango 2 a 25rango 2 a 25°°•• Compensación de energía Compensación de energía
Compensación de la Energía Reactiva.
Eficiencia en el sistema de Distribución Eléctrica
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•• Compensación de energía Compensación de energía reactiva reactiva
HRU – Setiembre 2014
GRACIAS POR SU ATENCION !!
48
Preguntas ??
HRU – Setiembre 2014