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EnergíaEléctricaMódulo 4

Curso en Auditoría y Ahorro Energético:

Viviendas y Terciario

Vigo,19octubre2011

JoséCidrásyCamiloCarrillo

UniversidaddeVigo

73,7%

26,3%

100%

28,0%

25,1%

20,6%

53,7%

20,0%

Pérdidas

CONSUMO DE ENERGÍA FINAL POR FUENTES, 2008

Carbón 2%

Productos Petrolíferos 49%

Gas Natural 17%

Electricidad 27%

Renovables 5%

100%

CONSUMO DE ENERGÍA FINAL POR SECTORES, 2008

Energía total Energía Eléctrica

Industria 26% 29%

Transporte 31% 1%

Edificios & Terciario 43% 70%

100% 100%

*http://www.energiadiario.com

Eléctrico* Energía* Eléctrico/Energía Eléctrico/Total

Iluminación 18% 9% 100% 9%

Calefacción 15% 41% 20% 8%

Cocina 9% 11% 50% 6%

ACS 3% 26% 20% 5%

AC 1% 1% 100% 1%

Frigorífico 18%

12% 100% 12%

TV 10%

Lavadora 8%

Electrodoméstico pequeño 7%

Horno 4%

Secadora 2%

Lavavajilla 2%

Microondas 2%

PC 1%

100% 100% 41%

Consumo energético en hogares españoles

ÍndicePrevio

Fundamentos eléctricos

Cargas eléctricas

Motores

Instalaciones de bombeo y de ventilación

Ascensores y escaleras mecánicas

Estructuradelasredeseléctricas



Vigo,19octubre2011

JoséCidrás

UniversidaddeVigo

UtilizacióndelaEnergíaEléctrica Previo

Central Subestación···

··· ···

···Subestación

Central

···

RED DE TRANSPORTE Alta Tensión (400kV-66 kV)

RED DE DISTRIBUCIÓN Media Tensión (66 kV-15kV)

RED DE DISTRIBUCIÓN Baja Tensión (700 V – 230V)

Instalación de Baja Tensión

Centro de transformación

Centro de transformación


···

(66 kV-15kV)

RED DE DISTRIBUCIÓN Baja Tensión (660 V – 230V)

InstalacióndeBajaTensión

CentrodeTransformaciónCT

R S T N

r s t n

(20kV)

(400V)

(230V)


r

s

t

n

(400V)

(230V)

(400V)

(400V) (230V)

(230V)

Cargatrifásica

Cargasmonofásicas

LastensioneseintensidadesEléctricas Previo

r

s

t

n

(400V)

(230V)

(400V)

(400V) (230V)

(230V)

-400-300-200-100

0100200300400

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05tiempo en s

tens

ión

en V

RED

RED tensión r-n2·230 325( )picoV voltios

230( )2

picoeficaz

VV voltios

Previo

· · 2· · ·pico eficaze E sen t E sen t

2· · f

Ê

-Ê

0

e

t=0

t

eficazE

50( )redf Hzeje real

eje imaginario

j

Fasor: t=0

eficazE

Las tensiones e intensidades Eléctricas

Previo

2· · · eficaze E sen t E E

2· · f

50( )redf Hz

eje real

eje imaginario

jFasor: t=0

eficazE

Las tensiones e intensidades Eléctricas

Instalacioneseléctricas:EcuacionesyElementos



Vigo,19octubre2011

JoséCidrás

UniversidaddeVigo

Instalaciónmonofásica Previo

r

n

(230V)

Cargamonofásica

0ºE E+

50( )redf Hz

eje real

eje imaginarioj

E

Líneas/cables


r

n

(230V)

Cargamonofásica

Líneas/cables

Intensidad I A B

L

s ·LRs

Las líneas también presentan una inductancia (L) y una capacidad (C). Éstas para el caso de BT no se consideran


r

n

(230V)

Cargamonofásica

Líneas/cables

· ·cos

· ·

P U I

Q U I sen

U

I +

P+j·Q

2

2· 1 cos

· · 1 coscos

PQ U I

Previo

eje real

eje imaginario

j

0ºU U

Cargamonofásica

· ·cos

· ·

P U I

Q U I sen

U

I +

P+j·Q

I I

2 2cos P

P Q

eje imaginario

j

P

Q

2 2S P Q

Previo

Cargamonofásica

· ·cosP U I

U

I +

P+j·Q

2 2cos P

P Q

eje imaginario

j

P

Q

2 2S P Q

Red eléctrica

Utilización de la energía:*Calor

*Energía mecánica

*Iluminación…mP P 2· · 1 cosQ U I

Previo

Cargamonofásica

·P U I

U

I +

P+j·Q

-j·Q

eje imaginario

j

P

S P

Red eléctrica

Utilización de la energía:*Calor

*Energía mecánica

*Iluminación…mP P

0Q

Compensadordepotenciareactiva

eje imaginario

j

P

Q

2 2S P Q

cos 1

Ejemplodecircuitomonofásico Previo

r

n

R=1

Cargamonofásica

230 0ºE +

50( )redf Hz

Líneas/cables

500cos 0,8P W

U

I

E UIR

*

2 2 22

*

Re ·· · ·

Im ·

P U IP R U Q R U E

Q U I

500375

P WQ VAR

s=2,5mm2; L=2x70m

22 2 2 22 2 4· ·2 227,8( )2 2

E PR P Q RE PRU V

2,74( )·cosPI A

U

Cálculo exacto

(%) ·100 0,96%E UUE

U


r

n

R=1

Cargamonofásica

230 0ºE +

50( )redf Hz

eje real

eje imaginarioj

E

Líneas/cables

500cos 0,8P W

U

I

2 22

· 227,83( )E PR QR

U E R I U VE

500· ·cos 2,72( )·cos 230·0,8

PP U I I AE

·cos · · ·P QI I j I sen jE E

Cálculo aproximado -1

I

(%) ·100 0,94%E UUE

U

U


r

n

R=1

Cargamonofásica

230 0ºE +

50( )redf Hz

Líneas/cables

500cos 0,8P W

U

I

2

· ·· ·cos (%) ·100 0,95%R P P RU R I UE E

500· ·cos 2,72( )·cos 230·0,8

PP U I I AE

Cálculo aproximado -2

U

eje real

eje imaginarioj

E

I

U·R I

0,00%

2,00%

4,00%

6,00%

8,00%

10,00%

12,00%

14,00%

16,00%

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

P(W)

DU

%

DU exactoDU-aprox1DU-aprox2

Comparación de métodos de cálculo

Instalacioneseléctrica:CompensacióndeER



Vigo,19octubre2011

JoséCidrás

UniversidaddeVigo


r

n

R=1

Cargamonofásica

230 0ºE +

50( )redf Hz

Líneas/cables

500cos 0,8P W

U

I

E UIR

*

2 2 22

*

Re ·· 0· ·

Im ·

P U IP R U R U E

Q U I

2· · 375C U Q VAR

22 2 22 2 4· 0 ·2 227,8052 2

E PR P RE PRU V

2,196( )·cosPI A

U

Cálculo exacto

500cos 1; 0P W

Q

500375

P WQ VAR

(%) ·100 0,95%E UUE

Efectodelacompensacióndepotenciareactiva Previo

r

n

R=1 Cargamonofásica

230 0ºE +

50( )redf Hz

Líneas/cables

cosP

U

I

2·Pérdidas R I

2· ·C U Q

PQ0

PQ

0,00%

2,00%

4,00%

6,00%

8,00%

10,00%

12,00%

14,00%

16,00%

0 2000 4000 6000 8000P(W)

DU

%DU exactoDU-aprox1DU-aprox2

0,00%

2,00%

4,00%

6,00%

8,00%

10,00%

12,00%

14,00%

16,00%

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

P(W)

DU

%

DU exactoDU-aprox1DU-aprox2

cos fi=0,8

cos fi=1

ReguladordeReactiva:Equipoencargadodecontrolarlosdispositivosde

maniobradelosescalonesenfuncióndelapotenciareactivaagenerarseleconocecomo

[1] En inglés Power Factor Correcto o PFC

CARGA Regulador Reactiva

1x0,

25 k

VAr

2x0,

25 k

VAr

2x0,

25 k

VAr

1 2 3

Q demandada Q demandada

1:1:1:1:1 1:2:2 t t

Reguladordereactivacontrolandotresescalonesconconfiguración1:2:2

Compensacióndereactivacondistintasconfiguracionesdeescalonamiento

Lacompensacióndereactivaylosarmónicosdetensión

r

n


0ºh hE E+

50( )redf Hz

Líneas/cables

cosP

hU

hI

· · 0,0073·C h h

·50( )·2· 50( / )

h

h

f h Hzh rd s

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2425 Armónicos

Tensión

01

2 · ( · )( ) hhh

sen h t Ee t E

·50( )·2· 50( / )

h

h

f h Hzh rd s

hE

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 0,004 0,008 0,012 0,016 0,02 0,024 0,028 0,032 0,036 0,04

220 V

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

e(t)

u(t)i(t)

V A

( )e t

( )v t

Losarmónicosdetensión

Instalacioneseléctrica:Losarmónicos



Vigo,19octubre2011

JoséCidrás

UniversidaddeVigo

Lacompensacióndereactivaylosarmónicosdetensión

r

n


0ºh hE E+

50( )redf Hz

Líneas/cables

hU

hI

·50( )·2· 50( / )

h

h

f h Hzh rd s

2,3,4,.. 22 1

· ·

hh

EI

RC h

500cos 0,8P W

1 2,2( )·coshPI A

U

· · 0,0073·C h h

3 5 1192; 62; 30h h h hE E E E

3 5 111,93; 2,17; 2,30h h h hI I I I

Generacióndearmónicosenlared

(15kV)

RED DE DISTRIBUCIÓN Baja Tensión (230V -400 V)

CentrodeTransformaciónCT

-400-300-200-100

0100200300400

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05tiempo en s

tens

ión

en V

AB BC CA

T1 T3 T5T5T2T6 T4 T6

i A

T1 T4

J

-J

0º 30º

30º+

30º+

150º+

150º+

210º

210º+

210º+

330º+

330º+

t1

t0

t2

t3

t4

t5

t6

t7

t8

t9

T

t9

-400-300-200-100

0100200300400

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05tiempo en s

tens

ión

en V

ArmónicosdeintensidadRectificadordepotencia

Armónicosdetensión

TensiónsenoidalSinarmónicos

Instalacioneseléctrica:Circuitostrifásicos



Vigo,19octubre2011

JoséCidrás

UniversidaddeVigo

EnergíaEléctrica:Redestrifásicas Previo

r

s

t

n

(400V)

(230V)

(400V)

(400V) (230V)

(230V)

RED

real

imaginario

ER

ES

ET ER,S

ES,T

ET,R

0º120º240º

R

S

T

EEE

E

E

E

,

,

,

3· 30º

3· 90º

3· 210º

R S

S T

T R

E

E

E

E

E

E

(fase-neutro) 230( )3

(fase-fase) 3· 400( )

LF

L F

ETensión de fase E V

Tensión de línea E E V


r

s

t

n

(400V)

(230V)

(400V)

(400V) (230V)

(230V)

Cargatrifásica

Cargasmonofásicas


r

s

t

n

(400V)

(230V)

(400V)

(400V) (230V)

(230V)

Cargatrifásica

Cargasmonofásicas

3

cosP

3·cos

P

0R S T NI I I I

RI

SI

TI

NI

equilibrado


r

s

t

n

(400V)

(230V)

(400V)

(400V) (230V)

(230V)

Cargatrifásica

Cargasmonofásicas

3

cosP

3·cos

P

3

3

3· · ·cos

3· · ·L L

L L

P U I

Q U I sen

3 1

3 1

3· 3· · ·cos 3· · ·cos

3· 3· · · 3· · ·F L L L

F L L L

P P U I U I

Q Q U I sen U I sen

RI

SI

TI

0NI

equilibrado


r

s

t

n

(400V)

(230V)

(400V)

(400V) (230V)

(230V)

Cargatrifásica

Cargasmonofásicas

3 900cos 0,7P W

1

1

3· 3·200 600

3· 3·69 207

P W

Q VAR

RI

SI

TI

0NI

equilibradoR=1

R=1

R=1

Rn=..

,3

,3

1500 1125

T

T

P WQ VAR

Ejemplodecircuitomonofásicoequivalente Previo

r / s / t

n

R=1

Cargamonofásicaequivalente

230 0ºE +

50( )redf Hz

Líneas/cables

31 500

3cos 0,8

PP W

U

LI

LE UI

R

*

21 2 221 1*

1

Re ·· · ·

Im ·

P U IP R U Q R U E

Q U I

1

1

500

375

P W

Q VAR

s=2,5mm2; L=140m

22 2 2 22 2 4· ·2 227,82 2

E PR P Q RE PRU V

2,74( )

·cosLPI A

U

Cálculo exacto

Cargatrifásica

3

3

1500

1125

P W

Q VAR

Instalacioneseléctrica:Motores



Vigo,19octubre2011

JoséCidrás

UniversidaddeVigo

mPotencia mecánica P

ePQRed Eléctrica

Motordeinducción(asíncrono)



ePQRed Eléctrica

UtilizacióndelaEnergíaEléctricaMotordeinducción(asíncrono):Triángulo

+

++

a

b

c'b'

c

2 2e

L

P QI=

3·U

2 2cos e

e

PP Q

LU

I


= ·(1 )

2 ·

s s

s

s

f

np

eP

Q

perPérdidas P

RED

(0,9 : 0,95)m m

e m per

P PP P P

a'

UtilizacióndelaEnergíaEléctricaMotordeinducción(asíncrono):Triángulo.CompensacióndeER

+

++

a

b

c'b'

c

2e

L

PI=

3·U

cos 1

LU

I


= ·(1 )

2 ·

s s

s

s

f

np

eP

perPérdidas P

RED

(0,9 : 0,95)m m

e m per

P PP P P

a'

Q

UtilizacióndelaEnergíaEléctricaMotordeinducción(asíncrono):Estrella

+

++

a

b

c'b'

c

2 2 2 2e e

FL

P Q P QI=

3·U3·U

2 2cos e

e

PP Q

LU

I


= ·(1 )

2 ·

s s

s

s

f

np

eP

Q

perPérdidas P

RED

(0,9 : 0,95)m m

e m per

P PP P P

a'

n

FU

UtilizacióndelaEnergíaEléctricaMotordeinducción(asíncrono):Estrella.CompensacióndeER

+

++

a

b

c'b'

c

2 2e e

FL

P PI=

3·U3·U

cos 1

LU

I


= ·(1 )

2 ·

s s

s

s

f

np

eP

perPérdidas P

RED

(0,9 : 0,95)m m

e m per

P PP P P

a'

n

FU

Q

Motordeinducción(asíncrono)Monofásico

UtilizacióndelaEnergíaEléctricaMotordeinducción(asíncrono):Monofásico

+

++

a

b

c'b'

c

2 2e

F

P QI

U

2 2cos e

e

PP Q

I


= ·(1 )

2 ·

s s

s

s

f

np

eP

Q

perPérdidas P

RED

(0,9 : 0,95)m m

e m per

P PP P P

a'

n

FU



+

++

a

b

c'

a'

b'

c

2 2e

L

P QI=

3·U

2 2cos e

e

PP Q

LU

I

Potencia mecánica

= ·(1 )

2 ·

s s

s

s

f

np

eP

Q

Pérdidas

UtilizacióndelaEnergíaEléctricaMotordeinducción(asíncrono)

+

++

a

b

c'

a'

b'

c

2 2P QI=3·U

21· 1

cosQ P

U

I

mP

Potencia-deslizamiento

(kW)

s

-500

-400

-300

-200

-100

100

200

300

400

500

-0,5 -0,3 -0,10,1 0,3 0,5

U

P

= ·(1 )

2 ·

s s

s

s

f

np



+

++

a

b

c'

a'

b'

c

2 2P QI=3·U

21· 1

cosQ P

U

I

mP

3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

x 104

0

2

4

6

8

10

12

14x 104

Q

PeP

Q

eP

Q

0 2 4 6 8 10 12 14

x 104

0.988

0.99

0.992

0.994

0.996

0.998

1

1.002

eP

Pérdidas

e m

e e

P Pérdidas PP P

UtilizacióndelaEnergíaEléctricaAscensores

Máquinadeinducción(asíncrona)

+

++

a

b

c'

a'

b'

c

2 2P QI=3·U

21· 1

cosQ P

U

I

P

Potencia-deslizamiento

(kW)

s

-500

-400

-300

-200

-100

100

200

300

400

500

-0,5 -0,3 -0,10,1 0,3 0,5

U

= ·(1 )

2 ·

s s

s

s

f

np

: < sMotor

: sGenerador

PP

P

Q

UtilizacióndelaEnergíaEléctricaMotorsíncrono

+

++

a

b

c'

a'

b'

c

2 2P QI=3·U

U

I

P

2 ·s

fnp

-1 -0.5 0 0.5 10

0.2

0.4

0.6

1.2

1.4

1.8

2

Q p.u.

P p.u.

0.8

-1/ Xs

E=2,1 p.u.

E=1,0

E=1,5

U=1.0 p.u.X =1,2 p.u.s

-0,833

Pm,max

1

1.6 P = 80 MWmS = 100 MVA

U=11kV

SEma

x

90º Pm,min

max

max

S = 100 MVABASE

U = 11 kVBASE

2 22

s

·Q= PXs

E U UX

UtilizacióndelaEnergíaEléctricaMáquinasíncrona

+

++

a

b

c'

a'

b'

c

2 2P QI=3·U

U

I

P

2 ·s

fnp

-1 -0.5 0 0.5 10

0.2

0.4

0.6

1.2

1.4

1.8

2

Q p.u.

P p.u.

0.8

-1/ Xs

E=2,1 p.u.

E=1,0

E=1,5

U=1.0 p.u.X =1,2 p.u.s

-0,833

Pm,max

1

1.6 P = 80 MWmS = 100 MVA

U=11kV

SEma

x

90º Pm,min

max

max

S = 100 MVABASE

U = 11 kVBASE

2 22

s

·Q= PXs

E U UX

PP

P

Q

Instalacioneseléctrica:Conversoresdepotencia



Vigo,19octubre2011

JoséCidrás

UniversidaddeVigo

UtilizacióndelaEnergíaEléctricaRegulacióndecargas

Rectificadorconmutadorporred:Alterna/Continua

Conversorauto‐conmutado:Alterna/Alterna

Inversorconmutadoporred:Continua/Alterna

Inversorautoconmutado:Continua/Alterna


Rectificadortrifásicoconmutadoporred

e ca

ebc

e ab

T1

T2

T3 T5

T4 T6

ia

ib

ic

V

J

e ca ebc

eab

T1

T2

T3 T5

T4 T6

ia

i b

ic

V

J

Rectificadortrifásicoconmutadoporredconregulacióndetensión


Rectificadortrifásicoconmutadoporredconregulacióndetensión

1,35· ·cosV E

AB BC CAAC CBBACB

0

T1+T6 T1+T2 T3+T2 T3+T4 T5+T4T5+T6T1 T3 T5T5

T2T6 T4 Tiristores InferioresTiristores Superiores

T1 T2 T3 T4 T5 T6

T6

T5+T6

V

AB BC CAAC CBBA CB

0



T2 T3 T5 T6

T6

T5+T6

V

iA

T1 T4

J

-J

iB iC

iA

iB

iC

e Ae B

eC

A

B

C

+

-

V J

3· . eqS U I

13· . ·cosP U I ·mP V J

0...90º

Necesitaredeléctrica

Producearmónicos


Inversortrifásicoconmutadoporred

AB BC CAAC CBBA CB



T6

T5+T6

V

iAJ

-J

iB iC

0T2 T3 T5 T6T1 T4

iA

iB

iC

e Ae B

eC

A

B

C

+

-

V J

3· . eqS U I

13· . ·cosP U I ·mP V J

90º ...180º

AB BC CAAC CBBACB

0

T5+T4 T5+T6 T1+T6 T1+T2 T3+T2T3+T4T1 T3T3 T5

T2T6T4 Tiristores InferioresTiristores Superiores

T1 T2 T3 T4 T5 T6

T4

T3+T4

V

J

Necesitaredeléctrica

Producearmónicos


UIV

CARGA

T1

T2T4

T3D1

D2

D3

D4

PUENTE PWM

JInversorautoconmutadoContinua/AlternaPuentesPWM

( ) · · (2 · · )u t k m sen f tUIV

CARGA

T1

T2T4

T3D1

D2

D3

D4

PUENTE PWM

J

UIV

CARGA

T1

T2T4

T3D1

D2

D3

D4

PUENTE PWM

J

- 4 0 0-3 0 0-2 0 0-1 0 0

01 002 003 004 00

0 0 , 0 2 0 ,0 4 0 ,0 6 0 , 08 0 , 1t ie m p o e n s

tens

ión

en V

-400-300-200-100

0100200300400

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,02tiempo en s

tens

ión

en V

Nonecesitaredeléctrica

NoproducearmónicosV


UIV

CARGA

T1

T2T4

T3D1

D2

D3

D4

PUENTE PWM

J ConversorautoconmutadoAlterna/AlternaEsquemadeunpuentePWM

( ) · · (2 · · )u t k m sen f tUIV

CARGA

T1

T2T4

T3D1

D2

D3

D4

PUENTE PWM

J

UIV

CARGA

T1

T2T4

T3D1

D2

D3

D4

PUENTE PWM

J

e ca e bc

e ab

T1

T2

T3 T5

T4 T6

i a

ib

ic

V

J

-400-300-200-100

0100200300400

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05tiempo en s

tens

ión

en V

- 4 0 0-3 0 0-2 0 0-1 0 0

01 002 003 004 00

0 0 , 0 2 0 ,0 4 0 ,0 6 0 , 08 0 , 1t ie m p o e n s

tens

ión

en V

-400-300-200-100

0100200300400

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,02tiempo en s

tens

ión

en V


UIV

CARGA

T1

T2T4

T3D1

D2

D3

D4

PUENTE PWM

J

ConversorautoconmutadoAlterna/AlternaEsquemadeunpuentePWM

UIV

CARGA

T1

T2T4

T3D1

D2

D3

D4

PUENTE PWM

J

UIV

CARGA

T1

T2T4

T3D1

D2

D3

D4

PUENTE PWM

J

eca

ebc

eab

T1

T2

T3 T5

T4 T6

ia

ib

icV

J

-400-300-200-100

0100200300400

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05tiempo en s

tens

ión

en V

-400-300-200-100

0100200300400

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05tiempo en s

tens

ión

en V

UtilizacióndelaEnergíaEléctricaCargas

Controldemotores:Inversores.Conversoresca/ca

Bombeo.Ascensores.

Equipamientosdeelectrodomésticos:ca(motores,calefacción).Rectificadorca/cc.

Equiposofimáticos ‐ computación:rectificaciónca/cc

EquiposSAI:Rectificaciónca/cc.Inversióncc/ca

Instalacionesdebombeo



Vigo,19octubre2011

JoséCidrás

UniversidaddeVigo


h0

Depósito

Bomba hidráulica

Acoplamiento

Motor eléctrico

Salida final

Válvulade mariposa

Red eléctrica

Ejemplodeinstalacióndebombeo

2 21 21 1 2 2

1 1· · · · · · · · Pérdidas de carga2 2bomba

P Pm g h m m v W m g h m m v

m g : masa de fluido (kg). : aceleración de la gravedad (9,81 m/s2). : densidad del fluido (kg/m3) – agua 1000 kg/m3.

3· ( / )q s v m s


Ejemplodeinstalacióndebombeo

2 21 21 1 2 2




3· ( / )q s v m s

2 1 2 22 1 2 1

1 Pérdidas de carga· 2

bomba P PW h h v vm g g g

2 1

22 1

12 2

·0

'· ·

sistema

per

P Pfijo

h h h qv

P v q

· · · · · · · · · · · · (W) bomba bombaW m g h Vol g h q t g h P q g h


Rodete

Carcasa

Difusor

Entrada

Salida

Eje de giro

Partesdeunabombacentrífuga

H

Tubería de aspiración

h0

Eexterior

Tubería de impulsión q

N

Bomba

Esquemadeunbombeo

Labombacentrífuga


0

10

20

30

40

50

60

70

0 200 400 600 800

q (m3/h)

Altu

ra (m

) 1480 rpm1350 rpm1184 rpm

CurvaAltura– Caudal(velocidaddegiro)deunabomba

50%

55%

60%

65%

70%

75%

80%

85%

90%

0 200 400 600 800 1000

q (m3/h)

Rend

imie

nto

(1480 rpm) (1350 rpm) (1184 rpm)

CurvadeRendimiento– Caudal(velocidaddegiro)

, · · · · ( )util bombaP h q g kW

Curvasdelabombacentrífuga


0

10

20

30

40

50

60

70

0 200 400 600 800

q (m3/h)

Altu

ra (m

)

1480 rpm1350 rpm1184 rpm

CurvaAltura– Caudal(velocidaddegiro)deunabomba

· · · · ( )bombaP h q g kW

Lapotenciadeunabombacentrífuga

Válvulademariposa

Ángulo de la válvula ( )V



0102030405060708090

100

1 2 3 4 5

q (m3/h)

Altu

ra (m

)

v 8ºv 70º

H

Característicaaltura–caudal(aperturadeválvula)delsistema

h0

Depósito

Bomba hidráulica Salida

final

válvula

H

Instalacióndebombeodeagua

, ,sistema cT pérdidas v pérdidash H h h 2, ·perdidas vh V q

2, ·perdidas ch q

h

hperdidas

H

Ejemplodela“altura”manométricaenunainstalacióncondosángulosdeaberturadelaválvula


h0

Depósito

Bombahidráulica Salida

final válvula

H


0102030405060708090

100

0 200 400 600 800

q (m3/h)

Altu

ra (m

)

1480 rpm1350 rpm1184 rpmv 8ºv 70º

Curvasaltura‐ caudal(velocidaddegiro)

H

h

, ,sistema cT pérdidas v pérdidas bomba sistemah H h h h h

Puntosdefuncionamientodelainstalación

Regulacióndecaudal


h0

Depósito


final válvula

H


0102030405060708090

100

0 200 400 600 800

q (m3/h)

Altu

ra (m

)

1480 rpm1350 rpm1184 rpmv 8ºv 70º


H

h

· · · sistemasistema sistema bomba

PP h q g P

, ,sistema cT pérdidas v pérdidas bomba sistemah H h h h h

Puntosdefuncionamientodelainstalación

Regulacióndecaudal


h0

Depósito


final válvula

Motor eléctrico

H

· · · 100,3 ( ) sistemasistema sistema bomba

PP h q g kW P

0 10 20 30 40 50 60 70

0 200 400 600 800

q (m3/h)

Altura (m) 1480 rpm 1350 rpm 1184 rpm

3

45,59,8

( 8º ) 0,3;

800 /

cT

H m

V

q m h

, , 46( )sistema cT pérdidas v pérdidas bomba sistemah H h h m h h

Característicaaltura–caudal(aperturadeválvula)delsistema


h

EjemploRegulacióndecaudal


h0

Depósito


final válvula

H

InstalacióndebombeodeaguaCurvasaltura‐ caudal(velocidaddegiro)

3

45,59,8

70º 500

400 /

cT

H m

V

q m h

· · · 56,7 ( ) sistema

sistema sistema bombaPP h q g kW P

, , 52( )sistema cT pérdidas v pérdidas bomba sistemah H h h m h h

0 10 20 30 40 50 60 70

0 200 400 600 800

q (m3/h)


h



h0

Depósito


final válvula

H

InstalacióndebombeodeaguaCurvasaltura‐ caudal(velocidaddegiro)

3

45,59,8

8º 0,3

400 /

cT

H m

V

q m h

· · · 49,7 ( ) sistema

sistema sistema bombaPP h q g kW P

, , 45,6( )sistema cT pérdidas v pérdidas bomba sistemah H h h m h h

0 10 20 30 40 50 60 70

0 200 400 600 800

q (m3/h)


h




0 10 20 30 40 50 60 70

0 200 400 600 800

q (m3/h)

Altura (m)1480 rpm1350 rpm1184 rpm

h

56,7 ( ) sistemasistema bomba

PP kW P

49,7 ( ) sistemasistema bomba

PP kW P

50%

55%

60%

65%

70%

75%

80%

85%

90%

0 200 400 600 800 1000

q (m3/h)

Rend

imie

nto

(1480 rpm) (1350 rpm) (1184 rpm)

CurvadeRendimiento– Caudal(velocidaddegiro)

Ahorro en la conducción 11,25%

Ahorro en sistema 22,25%



h0

Depósito

Bomba hidráulica

Acoplamiento

Motor eléctrico

Salida final

válvula

Red eléctrica

U=400V f=50Hz

U f

Regulador de frecuencia

Ejemplodeinstalacióndebombeoconreguladordefrecuencia


UIV

CARGA

T1

T2T4

T3D1

D2

D3

D4

PUENTE PWM

J ConversorautoconmutadoAlterna/AlternaEsquemadeunpuentePWM

( ) · · (2 · · )u t k m sen f tUIV

CARGA

T1

T2T4

T3D1

D2

D3

D4

PUENTE PWM

J

UIV

CARGA

T1

T2T4

T3D1

D2

D3

D4

PUENTE PWM

J

e ca e bc

e ab

T1

T2

T3 T5

T4 T6

i a

ib

ic

V

J

-400-300-200-100

0100200300400

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05tiempo en s

tens

ión

en V

- 4 0 0-3 0 0-2 0 0-1 0 0

01 002 003 004 00

0 0 , 0 2 0 ,0 4 0 ,0 6 0 , 08 0 , 1t ie m p o e n s

tens

ión

en V

-400-300-200-100

0100200300400

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,02tiempo en s

tens

ión

en V



2 2P QI=3·U

21· 1

cosQ P

+

++

a

b

c'

a'

b'

c

U

I

P

= ·(1 )

2 ·

s s

s

s

fnp

0

50

100

150

200

250

300

10 15 20 25 30 35 40

velocidad (Hz)

Pote

ncia

(kW

)

70 Hz 60 Hz

50 Hz

40 Hz 30 Hz

0

0=constanteUU

f f

CurvasdePotencia– velocidaddegirodeunmotorasincrono

Instalacionesdeventilación



Vigo,19octubre2011

JoséCidrás

UniversidaddeVigo


Ventilador

Acoplamiento

Motor eléctrico

Salida

Red eléctrica

Entrada

Ejemplodeinstalacióndeventilación

2 21 21 1 2 2




3· ( / )q s v m s


Cálculodelainstalacióndeventilación

2 21 21 1 2 2



m g : masa de fluido (kg). : aceleración de la gravedad (9,81 m/s2). : densidad del fluido (kg/m3) – aire 1,225 kg/m3.

3· ( / )q s v m s

2 22 1 2 1 2 1 Pérdidas de carga

2ventiladorW g h h P P v v

m

2 12

12 2

0 ·

'· ·sistema

per

h hv P q

P v q

· · · · · (W) ventilador ventiladorm PW Vol P q t P P q P

Ventiladores

Motor eléctrico

Álabes


CurvaPresióntotal– Caudal(velocidaddegiro)delventilador

, · · ( )util ventiladorP P q kW

CurvasdeventiladorcentrífugoInstalacionesdeventilación


Compuertaderegulacióndecaudal

Característicapresión– caudal(aperturadecompuerta)delsistema

Instalacióndeventilación

2·sistemaP q 2, ·perdidas vP apertura q


EjemplodePresiones‐ Caudal

Ventilador

Acoplamiento

Motor eléctrico

Salida

Red eléctrica

Entrada cerrada

abierta

Característicapresión– caudal(aperturadecompuerta)delsistema

Instalacióndeventilación

2·sistemaP q 2, ·perdidas vP apertura q


EjemplodePresiones‐ Caudal

Ventilador

Acoplamiento

Motor eléctrico

Salida

Red eléctrica

Entrada

Reguladordevelocidad

cerrada

abierta

· ( )ventiladorP P q kW

Ventiladores

Electrodomésticos



Vigo,19octubre2011

JoséCidrás

UniversidaddeVigo

Frigoríficosycongeladores•Lavadoras•Lavavajillas•Secadoras•Lámparasdomésticas•Cocinas•Hornoeléctrico•Aireacondicionado•Televisores•Computadores

Energía de electrodomésticos

Resistencia

Motor

Rectificador

, cosP

2UPR

, cosP Armónicos de intensidad

ElectrodomésticosCocinas

Tecnología de cocinado Resistencia InducciónPotencia (W) 1500 2000Tiempo transcurrido en el calentamiento (minutos) 9 5Consumo de energía en ese tiempo (Wh) 233 170Temperatura residual (número de ºC que sube de 80) 47 14

•Frigoríficosycongeladores•Lavadoras•Lavavajillas•Secadoras•Lavadoras‐secadoras•Lámparasdomésticas•Hornoeléctrico•Aireacondicionado•Televisores

NormativasdelaUniónEuropeaentemasdeetiquetadodeelectrodomésticos

ReglamentosDelegadosdedesarrollodelaDirectiva2010/30/UEdelParlamentoEuropeo.

Clasificación energética de electrodomésticos

Clasificaciónenergéticadeelectrodomésticos

Ejemplo:Etiquetaenergéticadeunalavadora


LaclasedeeficienciaenergéticasecuantificaatravésdelÍndicedeEficienciaEnergética(IEE):

·100C

C

AEIEESAE

CAE

CSAE

Consumoanualdeenergía

Consumo anual de energía normalizado que se específicapara cada tipo de electrodomésticode acuerdo con un funcionamiento “normal”


68 77IEE

Tabladeclasificaciónenergéticadeunalavadora

Clase de eficiencia energética Índice de eficiencia energética

A + + + (más eficiente)A + +A +ABCD (menos eficiente)

46IEE

46 52IEE

52 59IEE

59 68IEE

77 87IEE

87 IEE


EtiquetaenergéticadeunaTV


·100ref

PIEEP

·4,3224 ( )ref basicP P A W

basicP

15 12,3·4,3224 68, 2( )refP W

1, 46· ( / )E P kWh año

ÍndicedeEficienciaEnergética(IEE):

Para una televisión de 20” (12,3 dm2):

es la potencia de la televisión en modo encendido y medido de acuerdo a unestándar.

esunaconstante(W)característicadelatelevisión(discoduro,sintonizadores).

eseláreavisibledelapantallaenW/dm2A

Elconsumodedeenergíaanual(4h/día)secalculaporlafórmula:

P


0,10 0,16IEE

0,16 0, 23IEE

0, 23 0,30IEE

0,30 0, 42IEE

0, 42 0,60IEE

0,60 0,80IEE

0,80 0,90IEE

1,00 IEE

Clase de eficiencia energética deuna televisión

Índice de eficiencia energética

A + + + (más eficiente)

A + +

A +

A

B

C

D

E

F

G (mínima eficiencia)

0,10IEE

0,90 1,0IEE


· 0,36·68, 2 24,55( )refP IEE P W

1, 46· =35,84( / )E P kWh año

SilatelevisiónesdelaclaseB(IEEmediade0,36)representaunapotenciade

Ysuconsumoanualesde:

Enconsecuencia,sobrelapotenciadereferenciayelsupuestodeigualeshorasdeutilización,SeobtieneconlaTVdeclaseBunahorrodel64%=(1‐0,36)·100

ParaunatelevisióndelaclaseA++(IEEmediade13)elahorroesdel87%.

Ejemplo de clasificación energética de una TV


·100C

C

AEIEESAE

CAE

47,0· 51,7( / )CSAE c kWh año

47,0·6 51,7 333,7( / )CSAE kWh año

ÍndicedeEficienciaEnergética(IEE):

Consumo anual de energía

donde c es la capacidad (kg) de la lavadora(programa algodón a 60ºC carga completa).

Ejemplo de clasificación energética de una lavadora

Paraunalavadorade6kg

SilalavadoraesdelaclaseB(IEEmediade72,5)representaunconsumoanualde:

· 0,725·333,7 241,93( / )C CAE IEE SAE kWh año

Para la clase A++( IEE media de 49) el consumo es de 163,5 (kWh/año) y el ahorro es del 51%.

Para la Clase B se tiene un consumo de 242 (kWh/año) y el ahorro respecto al estándar del 27,5 %

Equiposofimáticos



Vigo,19octubre2011

JoséCidrás

UniversidaddeVigo

Equiposofimáticos

U=230 V f = 50 Hz c.a.

c.c.

Fuente de alimentación

PC

CPU Memoria DD Tarjetas Pantalla Ventilación Teclado Ratón

Sistemasdeunequipoofimático

U=230 V f = 50 Hz c.a.

c.c.

Fuente de alimentación

ImpresoraFax ……

Equiposofimáticos

El programa de Energy Star es una iniciativa conjunta del

departamento de Energía (DOE)

y la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de EE.UU.

Es el sello sobre productos ofimáticos más extendido

(ordenadores, monitores e impresoras).

El sello Energy Star considera básicamente la baja potencia de operación,

existencia de modo “reposo” automatizado y bajo consumo en “espera”.

UE ENERGY STAR ®Etiquetado de equipos ofimáticos con eficiencia energética

Energy StarLaunióneuropeahaadoptadoloscriteriosquerecogelaetiquetaEnergyStarcreadaporlaAgenciadeProtecciónAmbiental(EPA)deEstadosUnidoscomocertificaciónenergéticaoficialparamonitores,ordenadores,sistemasoperativos,escáneres,fotocopiadorasyaparatosdefax.Losequiposquedisponendeestaetiquetadisponendecaracterísticasdeahorrodeenergíaquelespermitepasaraunestadodereposomientrasnoestasiendoutilizadotranscurridounciertotiempo.Enesteestadoelaparatoconsumemuchamenosenergía,loquegeneraunimportanteahorroenergéticoyeconómico.Losordenadorescalificadosconlaetiqueta"EnergyStar"sonresponsablesdehastaun70porcientomenos deemisionesdeCO2,derivadasdelconsumoeléctrico,encomparaciónconunoconvencionalquenocuenteconunsistemadeahorrodeenergía.LosmonitoressonunodelosequiposofimáticosquemásexigenciasdeeficienciaenergéticaselesexigeparaobtenerlaetiquetaEnergyStar.Estetipodemonitores,enmodoSleepconsumenmenosde4vatios.LasfotocopiadoraseficientesEnergyStarpuedenahorrarhastaun40porcientoenelconsumo respectodelasconvencionales.

i)Desactivado(off),ii)Espera(sleep),iii)Reposo(idle)yiv)Activo.

8760 · · · ( )1000TEC off off sleep sleep idle idleE P T P T P T kWh

55%, 5%, 40%off sleep idleT T T


ElTECsedeterminaráutilizandolasiguientefórmula:

Ordenadoresdemesa

Tsonlosvaloresdetiempoentantoporcientodeunaño.

Peslapotenciaenvatios

Ordenadoresportátiles

La certificación Energy Star

Equiposofimáticos

Valoresmediosdelapotencia:(Desactivado‐off1W;Espera‐sleep1,7W;Reposo‐idle10W)

148,0

175,0

209,0

234,0

40,0

53,0

88,5

Tabladecategoríasenergéticasdeordenadores

Categoría A

Categoría B

Categoría D

Categoría C

La certificación Energy Star

TEC Ordenadoresdemesa(kWh) Ordenadoresportátiles(kWh

Categoría A

Categoría B

Categoría C

Equiposofimáticos

Potencia ordenador de mesa

100105110115120125130135140

1 1441

2881

4321

5761

7201

8641

10081

11521

12961

14401

15841

17281

18721

tiempo (minuto)

W

Perfildepotenciadeunordenadordemesa

Equiposofimáticos

Potencia ordenador portátil

0102030405060708090

1 1441

2881

4321

5761

Tiempo (minuto)

W

Perfildepotenciadeunordenadorportátil

Equiposofimáticos


8760 8760· · · 1·0,6 1,7·0,1 10·0,30 33,03 ( )1000 1000TEC off off sleep sleep idle idleE P T P T P T kWh

Valoresmediosdelapotencia:(Desactivado‐off1W;Espera‐sleep1,7W;Reposo‐idle10W)

ClasificaciónenergéticaEnergyStar:

33,03 40TECE (Categoría A)

Ejemplo de cálculo:

Ordenador portátil de categoría A(CPU integrado, 8 GB de memoria instalada, 1 unidad de disco duro).

Equiposofimáticos

euroTopten.esElportalwww.eurotopten.es esunaherramientadeconsultaonline,queayudaalconsumidoraconocercuálessonlosequiposdemenorconsumoenergéticoquehayenelmercadoespañol,ycompararsuspreciosyconsumosrespectoalosmodelosmásineficientesdentrodeunaampliavariedaddeproductosqueseiránpublicandoyañadiendoprogresivamenteeneltiempo:electrodomésticos,bombillasdebajoconsumo,equiposofimáticos,coches,electrónicadeconsumo...Desdeenerode2009,elproyectoestáfinanciadoporelProgramaEnergíaInteligenteparaEuropa (IEE)bajoelproyectoeuropeoEuro‐ToptenPlus,quereúnea20sociosde16paíseseuropeosentrelosqueseintercambianexperiencias,informacióntécnicadeproductos,iniciativasdecomunicación...ElproyectoEuro‐ToptenPlustieneunaduracióndetresaños,entreenerode2009ydiciembrede2011.

SAI’s



Vigo,19octubre2011

JoséCidrás

UniversidaddeVigo

Sistemadealimentaciónininterrumpida:SAI

Dispositivo

U=220 V f = 50 Hz c.a. c.c.

SAI en línea On line

U=220 V f = 50 Hz c.a.

Rectificador Inversor

Bateria

EsquemadeunSAI– Online

U=220 V f = 50 Hz c.a.

c.c.

SAI fuera de línea Off line

U=220 V f = 50 Hz c.a.

Rectificador

Dispositivo

Inversor

Bateria

conmutador

. EsquemadeunSAI– Offline

-400-300-200-100

0 100200300400

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05tiempo en s

tens

ión

en V

RED

-400-300-200-100

0 100200300400

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05tiempo en s

tens

ión

en V

RED

-400-300-200-100

0 100200300400

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05tiempo en s

tens

ión

en V

SAI

-400-300-200-100

0 100200300400

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05tiempo en s

tens

ión

en V

SAI


Esquema de principio del conjunto Uniblock de Piller


Dispositivo

U=220 V f = 50 Hz c.a. c.c.


U=220 V f = 50 Hz c.a.


Bateria

UIV

CARGA

T1

T2T4

T3D1

D2

D3

D4

PUENTE PWM

J

Inversorautoconmutadocc/ca

( ) · · (2 · · )u t k m sen f t

Rectificadorconmutadoporred

e

D 1 D 3

D 4 D 2

i

V

J

Batería


U=220 V f = 50 Hz c.a.

c.c.

SAI fuera de línea Off line

U=220 V f = 50 Hz c.a.

Rectificador

Dispositivo

Inversor

Bateria

conmutador

i(t)

e(t)

TR1

TR2

Interruptor de estado sólido

Esquemadeuninterruptordeestadosólido.


Dispositivo

U=220 V f = 50 Hz c.a. c.c.


U=220 V f = 50 Hz c.a.


Bateria

rI

UE

Batería

Modeloeléctricosimplificadodeunabatería


0

200

400

600

800

1000

1200

1,7 1,75 1,8 1,85 1,9

220 208 186 163

384 365 346 304

544 512

475411

720 672

640 576

1008 960

864

758

10 h 5 h 3 h 2 h1 h

Tensión de Corte

Intensidaddedescarga

C2h =1440 Ah

C3h = 1632 Ah

C5h = 1920

C10h =2200Ah

C1h =1008Ah

Capacidaddebateríaenfuncióndeltiempodedescarga


Lacurvadecargatípicadeunabateríaestacionaria.

V/elemento

2.00

2,40

0 2 4 6 8 10 horas

I =0,20·C

I = 0,10·C

2,34 V

EnergíaEléctrica



Vigo,19octubre2011

JoséCidrás

UniversidaddeVigo

Curso en Auditoría y Ahorro Energético - grupo_ene.webs...

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