OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGAELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DEEFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

PRESENTACINOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS 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 razn social: ELECTROMOTORES JARAGUA LTDA

Inicia operaciones el 16 de Septiembre de 1961 con un capital inicial equivalente a $12 000,00 us dllsPRIMER MOTOR WEG FABRICADOPOR ELECTROMOTORES JARAGUA LTDAEl nombre de WEG nace de la conjuncin de las iniciales del nombre de sus fundadores:WWerner Ricardo Voigt (Ing. Electricista)EEggon Joo Da Silva (Administrador)GGerarldo Werninghaus (Ing. Mecnico)

Del alemn:

WEG = caminoOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Produccin anual de motores:1961146unidades19659 486unidades196612 987unidades197045 560unidades197162 772unidades1972104 134unidades1977458 437unidades1978631 536unidades1984855 557unidades19851 034 879unidades20006 826 842unidades20018 040 700unidades200310 165 800unidades

JARAGUA DO SUL (BRASIL*):

PARQUE INDUSTRIAL IPARQUE INDUSTRIAL IIFABRICA DE WEG QUIMICA

BLUMENAU (BRASIL):

FABRICA DE TRANSFORMADORES

SAU PAULO (BRASIL):

FABRICA DE APPLIANCE

ARGENTINA:

FABRICA DE ACCIONAMIENTOSFABRICA DE APPLIANCE

PORTUGAL:

FABRICA DE MOTORES DE MEDIA Y ALTA TENSIN

MXICO:

FABRICA DE MOTORES DE BAJA TENSINWEG actualmente cuenta con fabricas en:*Casa matrz y coporativoOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

WEG en Mxico inicia sus operaciones como fabrica el 1o de Agosto del 2000.

Con una planta ubicada en Tlalnepantla, Edo. de Mxicocon 200 empleados y una produccin mensual de 5000Motores trifsicos en baja tensin.

Hasta Agosto del 2004 esta planta fabricaba:

Motores de induccin trifsicos en baja tensin desde 0,25hphasta 100hp.-Generadores sncronos de polos salientes desde 21kVA hasta600kVA.-Tableros de control en baja tensin.

Y comercializaba:

-Motores monofsicos.-Equipo de control (Inversores, Softstarters).-Accionamientos (Relevadores, Interruptores, Capacitores, etc).-Motores en Media y Alta tensin.-Transformadores de PotenciaOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

En Septiembre 17 del 2004, WEG Mxico contina sus operaciones en una planta nueva ubicada en Huhuetoca, Estado de Mxico.

En su fase inicial esta planta tiene 2 naves industriales con una superficie de 20 000m2 cada una, se preve en la primera etapa de crecimiento pasar de 200 empleados a 400.

La nueva planta producir:

Motores monofsicos:250 000 anualesMotores trifsicos en baja tensin de 1 a 500hp:100 000 anualesMotores trifsicos en media tensin hasta 5000hp y 4,1kV:600 anualesGeneradores sncronos desde 21kVA hasta 600kVA:850 anualesArrancadores a Tensin Reducida*:500 anuales

As mismo contar con laboratorios de:

Motores monofsicosMotores trifsicos en baja y media tensinMetrologa e instrumentacin

*Convencionales y electrnicos (sofstarters)OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Continuando con la comercializacin de:

Motores de Alta TensinTransformadores (Potencia, distribucin, 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 motoresEspeciales, tanto a nivel local como a nivel exportacin.OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Los motores de induccin tipo jaula de ardilla son los motores elctricos ms populares y utilizados dentro del mbito industrial y domstico.

Tradicionalmente a este tipo de motor elctrico se le ha considerado como caballos de batallay son empleados en un sinmero de aplicaciones.OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS 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 conversin de energa electromecnicaUn bajo costo de mantenimientoUna excelente relacin entre tamao de armazn y potencia til de salidaUna vida til de operacin adecuadaUna gran facilidad de adaptacin a aplicaciones especialesUn razonable precio de venta

Solo presentaban hasta hace algunos aos dos caractersticas que en algunas aplicaciones los dejaban en desventaja frente a otros tipos de motores elctricos:

-Su comportamiento al arranque-Su control de velocidad

Sin embargo, ahora con la aplicacin de los inversores de frecuencia, ambas caractersticas hansido controladasOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

El advenimiento de los inversores de frecuencia proboc en un inicio que se realizaran inversionesen investigaciones para desarrollar motores para uso con inversores.

No fueron pocos los esfuerzos, as mismo dentro de estas investigaciones se tuvieron algunosxitos, pero tambin muchos fracasos.

Despus de estas investigaciones se concluy que era ms rentable adaptar al motor estndarde uso general para ser utilizados con inversores de frecuencia que tener una lnea deproduccin especializada en motores para uso con inversores.

Salvo en aplicaciones muy especiales se puede afirmar que el motor de uso general ha respondidoadecuadamente a las exigencias de los inversores sin necesidad de alteraciones en su fabricacin.

Lo anterior y la popularidad cada da ms creciente del uso de inversores ha hecho que el motorde induccin tipo jaula de uso general, siga posicionndose cada da ms en los mercadosindustrial y domstico.OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Ms an, gracias a su construccin fsica, el motor de induccin con rotor tipo jaula, tiene un excelente comportamiento dinmico, el cual puede ser utilizado cuando se requieraarranques y paros contnuos, reversiones, control de velocidad, etc.

Lo anterior debido a que pose un rotor con baja inercia, libre de conmutador, anillos rozantesy escobillas, una gran rigidz, y un control desde el diseo de la inductancia y resistencia.

Estas caractersticas no haban sido explotadas al mximo sino hasta el desarrollo del control vectorial.

Por todo esto se puede afirmar que el motor de induccin tipo jaula junto con los inversoresde frecuencia representan una excelente alternativa de reemplazo contra los sistemastradicionales como puede ser el motor de CD y el motor de induccin con rotor devanado.OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

PRINCIPIOS BSICOS DEOPERACIN DEL MOTOR DEINDUCCINOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

DEFINICIN DEL MOTOR DE INDUCCIN: Mquina elctrica queconvierte energa elctrica en energa mecnicaWenWsalWperWen = Energa de entrada en forma elctricaWsal = Energa de salida en forma mecnicaWper = Energa perdida durante el proceso en forma de calorOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

PRINCIPIO DE CONSERVACIN DE LA ENERGA:

LA ENERGA NO SE CREA NI SE DESTRUYE, SOLO SE TRANSFORMA

Este enunciado puede ser expresado:

Wen = Wsal + Wper

La energa elctrica que entra es igual a la energa mecnica que sale msLas prdidas que ocurren durante el procesoOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

WenWsalWperDENTRO DEL MOTOR EXISTE UN SISTEMA QUE CONVIERTELA ENERGA ELCTRICA ENMECNICAOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

COMPONENTES DEL SISTEMA DE CONVERSINDE ENERGA ELCTRICA ENMECNICAESTATOR:NCLEO (ACERO)BOBINASROTOR:NCLEO (ACERO)JAULA**LA JAULA DE ARDILLA ES EL DEVANADO DEL ROTOR, ESTE DEVANADO EST EN CORTOCIRCUITO PERMANENTEMENTE Y EN MOTORES CHICOS EN COMUNMENTEFABRICADO EN INYECCIN DE ALUMINIO SOBRE EL NCELO DE ROTORDIRECTAMENTEOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Partes constitutivas de un motor de induccin tipo jaula TCCVOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS 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 Diseo B y que cumple con:OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

ParmetroSmboloApartado/valorToleranciaPar de arranqueTARR12.38.1MnPar mnimoTMIN12.40.1MnPar mximoTMAX12.39.1MnCorriente de arranqueIARR12.35.1MxDeslizamientos5%MxEficienciah12.6012.59.2Momento de inerciawk212.55.1AislamientoF (155C)Factor de serviciof.s.1,15

CURVA PAR-CORRIENTE V.S. DESLIZAMIENTO DE MOTOR DISEO NEMA BOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

MOTORES DE EFICIENCIAALTAOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

WenWsalWperWen = Energa de entrada en forma elctricaWsal = Energa de salida en forma mecnicaWper = Energa perdida durante el proceso en forma de calorDEFINICIN DEL MOTOR DE INDUCCIN: Mquina elctrica queconvierte energa elctrica en energa mecnicaOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

DEFINICIN DE EFICIENCIA

Eficiencia = Potencia de salida / Potencia de entrada

Potencia de entrada = Potencia de salida + Prdidas

Eficiencia = Potencia de salida / ( Potencia de salida + Prdidas )

h = Psal / ( Psal + Perd)De esta definicin se deduce que las prdidas y la eficienciatienen una relacin inversa.OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Las prdidas en el motor se clasifican en:

1. FIJAS: No dependen del punto de carga de operacin del motor.

2. VARIABLES:Si dependen del punto de carga de operacin del motor.OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Las prdidas en le motor se clasifican en:

1. FIJAS: 1.1. Prdidas mecnicas:- Friccin- Ventilacin1.2. Prdidas magnticas:- Histresis- Corrientes Parsitas

2. VARIABLES:2.1. Prdidas en el estator2.2. Prdidas en el rotor2.3. Prdidas indeterminadasOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

% DE PERDIDAS* TPICAS EN UN MOTOR DE 100HP4 POLOS EFICIENCIA ALTA, TOTALMENTE CERRADOPrdidas mecnicas0,33 kW 7,97 %Prdidas ncleo0,74 kW17,87 %Prdidas en estator1,29 kW31,16 %Prdidas en rotor1,41 kW34,06 %Prdidas indeterminadas0,37 kW 8,94%

Total4,14 kW100,0 %*De pruebas de laboratorioOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Potencia de salida74,60 kWTotal de prdidas 4,14 kW

Eficiencia = ( 74,60 / ( 74,60 + 4,14 ) ) ( 100 ) = 94,74 %

h = 94,74 %% DE PERDIDAS* TPICAS EN UN MOTOR DE 100HP4 POLOS EFICIENCIA ALTA, TOTALMENTE CERRADOOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

PORCENTAJES TPICOS DE PERDIDAS EN LALITERATURA ESPECIALIZADATipo de prdidaPruebaDocto 1Docto2(1999)(1995)(1994)

Prdidas mecnicas 7,97 % 6,72 %24 %Prdidas ncleo17,87 %25,37 %29 %Prdidas en estator31,16 %47,26 %20 %Prdidas en rotor34,06 %18,66 %21 %Prdidas indeterminadas 8,94 % 1,99 % 6 %

Total 100 % 100 %100 %OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Tabla de eficiencias para motores TCCVEde la NOM-016-2002OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

COMPARACION DE RESULTADOS V.S. LA NOM-016Para el motor de 75kW (100HP):

Eficiencia obtenida de laboratorio:94,7 %Eficiencia nominal de la NOM:94,5 %Eficiencia mnima asociada (NOM):93,6 %OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

1. Para motores trifsicos:

NOM-016-ENER-2002; Eficiencia energtica de motores de corriente alterna trifsicos, de induccin, tipo jaula de ardilla, de uso general en potencia nominal de 0,746 a 373 kW. Lmites, mtodos de prueba y marcado.

Publicada en el DOF el 13/ene/03En vigor desde abr/03

2. Para motores monofsicos:

NOM-014-ENER-1997; Eficiencia energtica de motores de corriente alterna monofsicos, de induccin, tipo jaula de ardilla, de uso general en potencia nominal de 0,180 a 1,500 kW. Lmites, mtodos de prueba y marcado.

Publicada en el DOF el 04/feb/97En vigor desde ago/99DETERMINACION DE LA EFICIENCIA(Mtodo de prueba)OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

DETERMINACION DE LA EFICIENCIA(Mtodo de prueba)Pasos en la prueba de eficiencia energtica:

a. Medicin de resistencia en frob. Prueba de estabilidad trmicac. Determinacin de incremento de temperaturad. Prueba a diferentes cargas ( 150% - 25% )e. Determinacin de correccin de dinammetrof. Prueba sin carga a diferentes tensiones ( 150% - 50% )

Otras pruebas desarrolladas en el laboratorio:

g. Prueba a rotor bloqueado y tensin reducidah. Prueba de arranque a tensin plenai. Curva de par-corriente v.s. deslizamiento (velocidad)j. Vibracink. Medicin de ruidoOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

DETERMINACION DE LA EFICIENCIA(Mtodo de prueba)Documentos internacionales:

1. IEEE STD 112-2001, Standard test procedure for polyphase inductionmotors and generators

2. ANSI/IEEE STD 114-1982, Test procedure for single-phase inductionmotors

3. CSA 390-98, Energy Efficiency test methods for three-phase inductionmotors

4. NEMA MG-1/2003, Part 12, Motors and GeneratorsOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PERDIDASPRDIDASSeleccin(aplicacin)DiseoProceso defabricacinAlimentacinelctricaInstalacinmecnicaInstalacinelctricaOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

1. DISEO:

a. Acero Elctrico:- Volumen- Permeabilidad magntica- Diseo de ranurasb. Bobinados:- Factor de devanado- Factor de rellenoc. Mecnico:- Rodamientos y lubricacin- Ventilador- Transferencia de calor- Disipacin trmicaFACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PERDIDASOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

2. PROCESO DE FABRICACION:

a. Automatizacin de procesosb. Control de Calidadc. Precisin de maquinadosd. Fundicine. Balanceof. Materia PrimaFACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PRDIDASOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

3. ALIMENTACION ELECTRICA:

a. Calidad en la sealb. Tensinc. FrecuenciaFACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PRDIDASOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

4. INSTALACION MECANICA:

a. Acoplamientos (ajustes)b. Tensin en bandasc. Sujecin mecnicad. Alineacine. VentilacinFACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PRDIDASOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

5. INSTALACION ELECTRICA:

a. Conexin elctricab. TierrasFACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PRDIDASOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

6. SELECCION:

a. Nivel de cargab. Tipo de operacinc. Temperatura ambiented. AltitudFACTORES QUE INFLUYEN EN EL NIVEL DE PRDIDASOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

El promedio de la eficiencia de un lote de produccin deber reportar el valor de eficiencia nominal, y una muestra probada en el laboratorio deber al menos cumplir con el valor mnimo asociado94,5%93,6%Eficiencia(h)Muestras del lote AhnomhminasocOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

COMPARACIN ENTRE DISPOSITIVOS204060801000compresormotorDieselmotorautomvilmotor75kWef stdmotor75kWef altaEficienciaOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

1. Motores de uso definido o especial2. Motores de alto par de arranque3. Motores de 2 o ms velocidades4. Motores de ms de 8 polos5. Motores menores a 0,746 kW (1HP)6. Motores superiores a 373 kW (500HP)QUE MOTORES NO DEBEN CUMPLIR CON LA NOMOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Instalaciones nuevasEn la compra de equipo nuevo como: bombas compresores, ventiladores, etc...En el reemplazo de equipo viejo y en mal estadoEn lugar de reembobinarComo parte de un programa de ahorro de eficiencia energticaCUANDO SE JUSTIFICA UN MOTOR DE AEOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

1. Cargas con operacin continua2. Nivel de tensin de acuerdo a placa 3. Tensin balanceada4. Acoplamiento e instalacin mecnica correcta5. Buena ventilacin6. Instalacin elctrica correcta7. Nivel de carga mecnica entre 85% y 100%8. Mantenimiento de rodamientosCOMO APROVECHAR AL MAXIMO LA AEOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

1. Motor + Inversor de frecuencia2. Motores Hi-output 3. Arranque Y-DOTRAS ALTERNATIVAS PARA AHORRO DEENERGIA ELECTRICAOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

INVERSORES DE FRECUENCIA(conceptos bsicos)OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

DEFINICIN DEL INVERSOR DE FRECUENCIA: Dispositivo cuya funcines la de controlar la velocidad y par del motor a travs de la transformacinde tensin y frecuencia fijas de la red de alimentacin en tensin yfrecuencia variablesOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

CONFIGURACIN GENERAL DE UN INVERSOR DE FRECUENCIA (DRIVE)Voltaje fijoy frecuencia fijaVoltaje variablefrecuencia variableOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Modulacin de amplitud de voltaje de salida en una onda PWMFundamentalFundamentalRMSOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

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CONTROL DE PAROPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

DESLIZAMIENTOSPART/TNTMAXTMINTARRIARRTNS=1S=0SNControl de parA travs del control depar se logra una mayorpresicin en el controlde la velocidadOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS 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 = nmero de polosDONDE:T = Par mecnico (Nm)fm = flujo de magnetizacin (Wb)I2 = corriente del rotor (A)V1 = Tensin de alimentacin en estator (V)PAR Y FLUJO:OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Curvas de salida del motor alimentado con inversor de frecuenciafnfnfnParconstanteOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

APLICACIONES DE PAR CONSTANTE

LAMINADORASINDUSTRIA DEL PAPELINDUSTRIA CEMENTERATRANSPORTADORASGRASELEVADORES

APLICACIONES DE PAR VARIABLE

-BOMBAS CENTRFUGAS-VENTILADORES-COMPRESORESOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

ASPECTOS PRCTICOS EN LAAPLICACIN DE INVERSORESY MOTORESOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Cuando un motor es operado por un inversor de frecuencia, existen algunos fenmenos inherentes que deben considerarse, ya sea para limitarlos o controlarlos.

Cada fabricante de motores tiene alternativas propias de acuerdo a su experiencia einvestigaciones que ayudan al Ingeniero Proyectista a lograr una buena seleccin enla aplicacin de motores con inversores.

WEG Mxico recomienda no descuidar estos aspectos para garantizar una mejor operacin de los equipos, y pone a disposcin de sus clientes el apoyo de su departamento de Asistencia Tcnica para tal efecto.FENMENOS INHERENTES A LA OPERACIN DE MOTORES CON INVERSORES DE FRECUENCIAOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

ELEMENTOS CONSIDERADOS EN EL ESTUDIO DE MOTORES PARA SER USADOS POR INVERSORES DE FRECUENCIASISTEMA DE AISLAMIENTO (SOBRE TENSIONES)SISTEMA DE AISLAMIENTO (ARMNICOS)CORRIENTE EN RODAMIENTOSLMITES DE VELOCIDAD MXIMOS RECOMENDADOSPAR/POTENCIA CONSTANTEREFRIGERACIN (BAJAS VELOCIDADES)INSTALACIN ELCTRICAAHORRO EN EL CONSUMO DE ENERGA

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1. SISTEMAS DE AISLAMIENTO - SOBRETENSIN:

Cuando el inversor es utilizado en conjunto con el motor, los pulsos de la seal en combinacin con la impedancia en las terminales del motor son causa de sobretensiones, estas sobretensiones pueden ser repetitivas de tal manera que daen el sistema de aislamiento del motor, siendo la parte msvulnerable el iniciode las bobinas.OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS 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*

Mxima tensin pico: VPICO 3,1 VNOM

Mnimo tiempo entre pulsos consecutivos: tmtep 6 ms*

Mxima frecuencia de conmutacin: 5kHz

Mxima dv/dt (a la salida del inversor): dV/dt 5200 [V/ms]OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

En la operacin de motores con inversores de frecuencia, los criterios adoptados porNEMA para evitar una posible degradacin del sistema de aislamiento son:

NEMA MG1, 1998, parte 30: Motores de uso general usados con Inversores:

Para tensin 600VVpico 1 kVRise Time (tr) 2 msPara tensin > 600VVpico (2,04)(Vnom)Rise Time (tr) 1 ms

NEMA MG1, 1998, parte 31: Motores de uso especfico usados con Inversores:

Para tensin 600VVpico (3,1)(Vnom)Rise Time (tr) 0,1 msPara tensin > 600VVpico (2,04)(Vnom)Rise Time (tr) 1 msOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

2. SISTEMAS DE AISLAMIENTO - ARMNICOS:

Debido al tipo de seales que se manejan con la alimentacin por inversores de frecuencia, se generan armnicos que influyen en la operacin del motor, algunos de los efectos son:

a. Aumento en la temperatura de operacinb. Aumento en el nivel de ruidoc. Aumento en la vibracind. Aumento en la prdidase. Disminucin de la eficienciaOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

TAMB=40CCLASE F:155CDT=80CT (C)2.a AUMENTO EN LA TEMPERATURADURANTE LA OPERACIN

ALIMENTACIN SENOIDAL:

F.S. = 1.15DT = 80CAISLAMIENTO CLASE F

INVERSOR DE FRECUENCIA:

F.S. = 1.0DT = 115CAISLAMIENTO CLASE FT =35COPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS 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 energa mecnica radiante la cual viaja en formapresurizada a travs del aire.

En un motor existen 3 fuentes principales de ruido:

VentiladorRodamientosMagntico; zumbido debido a la excitacin magntica en el ncleo

Esta ltima causa est presente cuando el motor es alimentado con ondas senoidales, ya que elestator presenta una vibracin en las lminas que forman su ncleo de 60 veces por segundo; Cuando la alimentacin es con inversores, la seal de alta frecuencia aumenta este nivel de vibracin incrementando el ruido magntico.

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 estndar alser alimentados con seales senoidales y con inversor de frecuencia.OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS 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 elincremento en el ruido, ya que mucho depender de la compresin que el ncleo magnticotenga durante su fabricacin.OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Nivel de presin sonora medio [dB(A)]MotorFrecuencia de conmutacinAlimentacin senoidal (60Hz)Lmite de norma(IEC 34/9)2,5 kHz5,0 kHz20hp71,473,268,47530hp74,173,472,77550hp75,675,974,77875hp78,775,475,382100hp79,775,975,784

2.c NIVEL DE VIBRACIN:

La vibracin tambin 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, armazn 256Tarroj los siguientes resultados:Mediciones de vibracin hechas de acuerdo a IEC 34-14:132546OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Vibracin (mm/s)HzConmutacin (kHz)Punto de medicinIEC 34-1412345102,50,500,450,150,300,302,805,00,600,250,150,400,15302,51,401,100,600,900,805,01,300,950,550,900,95502,50,951,250,550,450,605,00,851,200,400,400,60602,50,951,100,700,400,605,00,951,150,500,450,40Red senoidal0,901,100,400,300,35802,51,001,100,400,300,355,01,001,200,400,350,351002,51,201,300,450,400,455,01,301,400,450,400,45

DEFINICION DE EFICIENCIA

Eficiencia = Potencia de salida / Potencia de entrada

Potencia de entrada = Potencia de salida + Prdidas

Eficiencia = Potencia de salida / ( Potencia de salida + Prdidas )

2. d y e AUMENTO DE PRDIDAS Y DISMINUCIN DE EFICIENCIADe esta definicin se deduce que las prdidas y la eficiencia tienen una relacin inversa.OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Las prdidas en el motor se clasifican en:OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

TipoCaractersticasClasificacinOrigen/causaFijasNo dependen de la carga del motorMecnicasFriccinVentilacinMagnticas (ncleo)HistresisCorrientes ParsitasVariablesS dependen de la carga del motorEstatorEfecto JouleRotorEfecto JouleIndeterminadasFlujo de fugaIrregularidades en lminasetc.

El tipo de seal utilizada por los inversores de frecuencia, trae consigo una influencia en todas las prdidas del motor, dando como consecuencia una disminucin en el nivel de eficiencia.

Hasta el momento la cuantificacin del incremento en cada tipo de prdida es un proceso complicado, sin embargo analizando tres muestras de laboratorio:OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Potencia (hp)Polosh a carga plena y 60HzSenoidalInversor15487,69%85,60%40491,70%86,00%75492,68%91,40%

3. CORRIENTE EN RODAMIENTOS:

Son corrientes elctricas inducidas en la flecha del motor y descargadas a travs de los rodamientos, y bsicamente se clasifican en:

a) Deflujo homoplar: Debidas a un flujo magntico inducido desde el centro de la flecha y retorna a travs de la carcaza. Estas corrientes son de intensidad baja y normalmente su efecto es despreciable.

b) De flujo enlazado en la flecha (flujo de penetracin): Son ms comunes y de mayor intensidad que las anteriores, su efecto es importante sobre el rodamiento.OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Dentro de las principales causas que originan estas corrientes estn:

Cuando los rodamientos conducen corriente elctrica.Cuando la mquina tiene una autoinduccin; Bsicamente las tensiones elctricas en laflecha son producidas debido a una distribucin asimtrica en el flujo magntico.c) Cuando existen tensiones elctricas creadas por cargas electrostticas; La flecha, aisladapor la pelcula lubricante en el rodamiento, es cargada elctricamente hasta que el voltajees suficientemente grande para romper la pelcula lubricante. Las corrientes elctricasfluyen instantaneamente a travs del rodamiento y se presenta una cada de tensin,este ciclo es repetido una y otra vez.

Cuando los motores son operados con inversores de frecuencia la causa b) es el principalorigen de esta corrientes.

Dependiendo de la cantidad de densidad de corriente presente ser la intensidad del dao enrodamientos, se considera que densidades de corriente superiores a 2,1 A/mm2 son suficientescomo para provocar dao en rodamientos en menos de 1000 hrs. de trabajo contnuo.OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Los daos en rodamientos debido a estas corrientes se manifiestan:

a)En forma de crteres, estos son ms comunes en rodamientos de bolas y estos crteresse presentan sobretodo en la parte interior de la pista exterior y sobre la superficiede la bolab)En forma de flautas, estos aunque son ms comunes en rodamientos de rodillos, tambinse manifiestan en los rodamientos de bolas cuando el tamao de crter permite un movimiento giroscpico de la bola y con el tiempo va formando el canal o flauta.

En ambos casos se tiene una contribucin importante de parte del rodamiento al aumento delruido en la operacin del motor.OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

4. LMITES DE VELOCIDAD MXIMOS RECOMENDADOS :

Dependiendo de la construccin de cada motor existe un lmite de velocidad que no se recomienda sobrepasar para cada motor, en caso de tener una aplicacin donde se deba rebasar este lmte es necesario consultarlo con el departamento de Asistencia Tcnica.OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Potencia (CP)Velocidad lmite (min-1) motores TCCV/diseo a 60Hz2 polos4 polos6 polos17200360024001,57200360024002720036002400372003600240057200360024007,5540036002400105400360024001554003600240020540036002400255400270024003054002700240040450027002400

La tabla anterior es un ejemplo de altas velocidades de operacin mximas admisiblespara motores WEG y que deben considerar:

La tabla aplica a motores Eficiencia Premium de fabricacin estndar, diseo NEMA B.Se puede tener una tolerancia respecto a las velocidades de la tabla en un +10% por untiempo de 2 minutos.Los motores pueden mantener una potencia constante hasta 90Hz1).En algunas aplicaciones puede ser necesario un balanceo ms preciso1).El ruido en el rango de velocidades de la tabla puede ser mayor al especificado por NEMA2).La vida til de los rodamientos puede verse disminuida en este rango de velocidades.Para velocidades y potencias no enlistadas favor de contactar con el departamento deAsistencia Tcnica.Para aplicaciones con cargas radiales severas o irregulares, se recomienda verificar eltamao del rodamiento, as como la grasa empleada.

1)Para condiciones de operacin especiales se recomienda contactar con el departamento de Asistencia Tcnica2)El aumento en el nivel de ruido tiene 2 componentes bsicos: armnicos y ventiladorOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS 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 de1/4, 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.

As por ejemplo, un motor de 20CP, 4polos especificado 4:1, con los siguientes datos de placa:

Potencia:20hppolos4Tensin:460VFrecuencia:60HzVelocidad nominal:1760 min-1Par nominal:80,95 Nm

Deber poder mantener el par de 80,95 Nm a 15Hz, 30Hz, 45Hz y 60Hz alimentado por uninversor con fs=1,0 y DT=115C para cada punto de frecuencia.OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Comercialmente los motores para ser usados por inversores son especificados en las siguientesrelaciones 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 refrigeracin forzada yen la mayora de los casos se suministran en el armazn correspondiente a la siguiente potenciaestandarizada, esto es: Un motor de 25CP, 4p que normalmente se fabrica en armazn 284T, enrefrigeracin forzada se suministrar en un armazn tamao 286T.OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

6. REFRIGERACIN (BAJAS VELOCIDADES):

Como hasta el momento se ha expuesto, el incremento de temperatura por la operacin delmotor con inversor de frecuencia, as como la operacin en bajas frecuencias, hace que paraalgunas aplicaciones sea necesario la refrigeracin forzada.

Sin embargo cuando el proyecto no requiera de motores con refrigeracin forzada y seanutilizados motores de fabricacin estndar, se recomienda tener algunas precauciones paraevitar un mal desempeo en su sistema de refrigeracin propio:

Instalar los motores en lugares donde se permita una libre circulacin de aire frescoNo bloquear las rendijas de la cubierta del ventiladorNo exponer el motor a radiaciones de calor inecesariasAsegurar:- Un buen acoplamiento mecnico con la carga (poleas, bandas, coples, etc.)- Una buena instalacin elctrica (conexin, aislamiento, tierras, etc.)- Un nivel de carga adecuada

As mismo es posible tener un incremento en el nivel de ruido por fuentes electromagnticas.OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

7. INSTALACIN ELCTRICA:

Es recomendable tener una instalacin elctrica de acuerdo a las normas NOM aplicables alcaso, as mismo verificar que:

Garantizar una buena puesta a tierra del inversor y motorNo compartir el sistema de tierras con equipos que operen con corrientes elevadasNo tener una distancia mayor a la recomendada por el fabricante entre motor e inversorUso de filtros OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

8. AHORRO EN EL CONSUMO DE ENERGA:

Se pueden tener importantes ahorros en el consumo de energa elctrica cuando se hace unaadecuada proyeccin del grupo motor-inversor.

Sobre todo cuando en el proceso se tenga variaciones en la carga, a travs del control de parvelocidad se puede tener un buen rendimiento en la operacin.

Ejemplos tpicos son en aplicaciones de bombas de agua, refigeracin y aire acondicionado, etc.

A continuacin se expone un ejemplo sencillo de una aplicacin enfocada a sustituir el controlde flujo de agua hecho por vlvula y se propone el control por el inversor.

Es importante sealar que para poder hacer una buena proyeccin es necesario tener algnfundamento de la aplicacin en cuestin, para este caso en particular es recomendableun conocimiento bsico de los conceptos manejados en bombas de agua y comportamientode la curva de operacin del motor.OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

EJEMPLO DE SELECCINOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

POTENCIA TERICA: 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 adems de vencer el nivel H, a este se le deber anexar el nivel h el cual constituye a las perdidas por conduccin

en forma matemtica:

PT = g Q H

PR = g Q ( H + h )

sin embargo a esta potencia real se le deber considerar la eficiencia de la bomba, la cual esta expresada por h e incluyndola en la ecuacin:

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 motorOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

con base a la ecuacin de potencia:

P = t / t

esta puede ser expresada en funcin a las caractersticas de un liquido cuyo gasto es:

Q = v / t

donde:v = volumen que pasa por un tubo en un tiempo tg = peso especifico

la ecuacin de potencia se puede transformar en:

P = g Q H

finalmente se puede expresar:

Energa = Potencia por tiempo en horas trabajadoOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS 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 energa cuando el gasto es controlado por vlvula y por inversorH = 54 mQ = 0,024 m3/slquido:aguahb = 0,86Velocidad de giro n = 3600 min-1tiempo de uso = 8 hrs diarias8246hrsQ10,310,6Condiciones de operacin durante el daOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Seleccin del motor adecuado para las condiciones descritasUtilizando la ecuacin de potencia real adecuada para unidades en ( kW )y calculando para Q = 0,024 m3/s (condicin mxima de operacin)

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

H = 54 mQ = 0,024 m3/slquido:aguahb = 0,86Velocidad de giro n = 3600 min-1tiempo de uso = 8 hrs diariasOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Revisin del equipo seleccionado (arranque directo):

Datos del motor:20 cp ( 15 kW )Datos rodete:D = 250 mm3520 min-1ancho = 23 mmcos f = 0,90peso = 5,15 kgI = 23,3 AJr = 0,0402 kgm2V = 460 VDatos bomba:potencia = 21 cp ( 15,7 kW )f = 60 HzTl = 4,245 kgmT = 40,5 NmTl = 41,65 NmTst = 200 % ( 81 Nm )Ist = 620 % ( 144,5 A )Tmax = 250 % ( 101,3 Nm )J = 0,11539 Kgm2h = 90,2 %

Jtotal = 0,0402+0,11539 = 0,15559 kg-m2

Tacc = ( 0,45 )( Tst + Tmax ) - ( 1/3 )( Tl )Tacc = ( 0,45 )( 81 + 101,3 ) - ( 1/3 )( 41,65 )Tacc = 68,15 Nm

tst = ( Jtotal ) ( k1 / Tacc )tst = ( 0,15562 ) ( 415 / 68,15 )tst = 0,95 sOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Dimensiones fsicas del motor seleccionado (armazn 256T)OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Si se analiza el control por vlvula y de acuerdo a la curva H-Q de la bomba, al motor se le demandarla siguiente potencia por cada periodo de operacin:a. Para las 2 primeras horas: PR = 14,78kWb. Para las 2 segundas horas: PR = 4,73kWc. Para las 2 terceras horas: PR = 14,78kWd. Para las ultimas 2 horas: PR = 9,75kW

Por cada etapa de demanda de potncia de la bomba se debe evaluar la energademandada por el motor a la red de alimentacin.

Lo anterior se hace utilizando las curvas caractersticas en funcin de la potenciade salida del motor; Para este caso:OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Las eficiencias para los puntos de demanda de potencia por la bomba al motorson:

a. h = 90,0 %b. h = 86,0 %c. h = 90,0 %d. h = 89,0 %

La energa demandada a la red por cada etapa es:

a. PIN = 14,78 / 0,900 = 16,42kWb. PIN = 4,73 / 0,860 = 5,50kWc. PIN = 14,78 / 0,900 = 16,42kWd. PIN = 9,75 / 0,895 = 10,89kW

Los kWh consumidos son:

a. kWh = (16,42)(2) = 32,84kWhb. kWh = (5,50)(2) = 11,00kWhc. kWh = (16,42)(2) = 32,84kWhd. kWh = (10,89)(2) = 21,78kWh

El costo de la operacin ser:

costo diario = ( 32,84+11,00+32,84+21,78 )( 1,00* ) = $ 98,46*Solo para fines demostrativos se asume una tarifa de 1 kWh = $1,00 mx pesosOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Con este nuevo esquema se tiene una potencia demandada al motor:

a. primeras 2 horas: PR = 14,78kWb. segundas 2 horas: PR = 1,99kWc terceras 2 horas: PR = 14,78kWd. ultimas 2 horas: PR = 4,43kW

Nuevamente acudimos a la curva del motor para obtener la demanda de energaDel motor a la red.En el caso de control por inversor de frecuencia, se utilizar las mismas curvas caractersticas de operacinpara el motor y la bomba, pero para esta ltima ahora en lugar de movernos en una curva a velocidadconstante, lo haremos en curvas de diferentes velocidades, tal como se muestra la figura:OPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Las eficiencias para los puntos de demanda de potencia por la bomba al motorahora son:

a. h = 90,0 %b. h = 73,5 %c. h = 90,0 %d. h = 84,5 %

La energa demandada a la red por cada etapa es:

a. PIN = 14,78 / 0,900 = 16,42kWb. PIN = 1,99 / 0,735 = 2,71kWc. PIN = 14,78 / 0,900 = 16,42kWd. PIN = 4,43 / 0,845 = 5,24kW

Los kWh consumidos son:

a. kWh = (16,42)(2) = 32,84kWhb. kWh = (2,71)(2) = 5,42kWhc. kWh = (16,42)(2) = 32,84kWhd. kWh = (5,24)(2) = 10,48kWh

El costo de la operacin ser:

costo diario = ( 32,84+5,42+32,84+10,48 )( 1,00* ) = $ 81,58

El costo diario de operacin se reduce en un 17,15%*Solo para fines demostrativos se asume una tarifa de 1 kWh = $1,00 mx pesosOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Arreglo tpico de laboratorio para realizar pruebas a un motor alimentado porun inversor de frecuenciaOPORTUNIDADES PARA EL AHORRO DE ENERGA ELCTRICA A TRAVS DEL USO DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA E INVERSORES DE FRECUENCIA

Transformando Energa en Soluciones