Eficiencia energetica y la elección de cables
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Eficiencia energética con cables.Ejemplo práctico.Lisardo RecioOctubre 2013
Los cables y la eficiencia energética
Lisardo Recio
2Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
AGENDA
1. Los cables y la eficiencia energética
2. Sección económica
Cable cargado con el 30 % de la intensidad máxima admisible
Cable cargado con el 10 % de la intensidad máxima admisible
3. Sección ecológica
4. Conclusiones
3Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
1. Los cables y la eficiencia energética
4Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Los cables y la eficiencia energética
¿Qué es la eficiencia energética?
Es la reducción del consumo energético manteniendo las prestaciones.
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
kWhX
kWhX-Y
5Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
¿Cómo se puede mejorar la eficiencia energética?
Cambiando los receptores por otros más eficientes.
Los cables y la eficiencia energética
¿Qué papel juegan los cables?
Los cables son también receptores de energía. Disipan en forma de calor parte de la energía que canalizan.
Aumentando las secciones de conductor se reducen las pérdidas y con ello se mejora la eficiencia energética.
kWhZP kWh Z-P kWh
6Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
¿Por qué la sección económica?
.- Ahorro de costes en un escenario de tarifas eléctricas crecientes
¿Por qué sección ecológica?
.- Ahorro de energía y emisiones de CO2
€ €€
Los cables y la eficiencia energética
7Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
2. Sección económica
8Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Sección económica
Imaginemos una línea de BT trifásica con las siguientes características:
.- L = 50 m
.- Temperatura ambiente = 40 ºC y a la sombra
.- Instalación en bandeja perforada
.- Circuito único en la canalización (sin influencia térmica de otros circuitos).- Cable utilizado: Afumex 1000 V (AS) multipolar 5G6
AFUMEX 1000 V (AS)
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
9Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Supongamos que por nuestro cable circulan permanentemente sólo 13,8 A (sólo el 30 % de la intensidad máxima admisible, 46 A):
t
Intensidad (A)
0,3 Imax = 13,8 A
0
Imax para el conductorde 6 mm² en las condiciones de instalación definidas = 46 A
t
Intensidad (A)
0,3 Imax = 13,8 A
0
Imax para el conductorde 6 mm² en las condiciones de instalación definidas = 46 A
Sección económica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
10Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Vamos a demostrar como aún con una hipótesis tan desfavorable, dada la baja carga del cable, nos será muy interesante pensar en instalar conductores de mayor sección.
Sección(mm²)
Resistencia(Ω/km)
6 3,62
10 2,07
16 1,31
R
R
Sabemos que si aumentamos las sección de los conductores laResistencia se reduce.
Sección económica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
11Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
La reducción de la resistencia viene acompañada de una reducción de las pérdidas térmicas dado que la corriente encuentra menos oposición a su paso por tener los electrones mayor espacio para circular y producirse menos choques con los átomos del conductor.
Como sabemos las pérdidas de potencia en forma de calor PP (W) que se producen en un conductor de resistencia R (Ω) atravesado por una corriente I (A) responden a la siguiente expresión:
P P = R . I² [W]
AFUMEX 1000 V (AS)
e-
e-
e-
e-
e-
Sección económica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
12Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
E P = 3 x R . I² . L . t/1000 [kW·h]
Si multiplicamos la potencia por el tiempo t (h) obtendremos unidades de energía EP.
Para sistemas trifásicos (exentos de armónicos) y equilibrados tenemos 3 conductores cargados.
Los valores de resistencia suelen figurar en las tablas de datos en Ω/km por lo que se deberá multiplicar también la expresión por la longitud L en km.
Por último dividimos todo por 1000 y el resultado será en kW·h unidad de energía de común uso para facturación eléctrica.
Sección económica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
13Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Factura
576,38 €
Coste energíaTermino fijoAlquiler equipos
Queda claro que reduciendo la resistencia reduciremos la energía perdida y con ello la facturación.
Reducir la resistencia precisa del empleo de cable de mayor sección que aumentará el gasto en la línea.
RAFUMEX 1000 V (AS)
€
€
AFUMEX 1000 V (AS)
€
€
Sección económica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
14Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Por tanto, es interesante estudiar si los mayores costes de cable se pueden compensar con los ahorros en la factura.
AFU
MEX
€
€
Factura
576,38 €
Coste energíaTermino fijoAlquiler equipos
Sección económica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
15Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Partiendo de una vida útil estimada de 30 años, con los datos que tenemos podemos calcular la energía perdida en la línea con la sección de 6 mm² y las siguientes normalizadas (10 y 16 mm²).
E P = 3 x R . I² . L . t/1000 [kW·h]
EP6 = 3 x 3,62 Ω/km x 13,8² A² x 262800 h x 0,05 km x 1/1000 kW/W = 27176 kWh
EP10 = 3 x 2,07 Ω/km x 13,8² A² x 262800 h x 0,05 km x 1/1000 kW/W = 15540 kWh
EP16 = 3 x 1,31 Ω/km x 13,8² A² x 262800 h x 0,05 km x 1/1000 kW/W = 9834 kWh
Sección económica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
16Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
EP6
EP10
EP16
EP6
EP10
EP16
El ahorro energético es notable a medida que se aumenta la sección.
Sección económica
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17Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Sección
(mm²)
Coste energía perdida(€)
Ahorro coste energía(€)
(1)
Coste cable aprox.(€)
Δ coste cable(€) (2)
Ahorrototal(€) (1) – (2)
5G6 4076 -- 141 -- --5G10 2331 1745 231 90 16555G16 1475 2601 362 221 2380
Tomando como valor aproximado de tarifa eléctrica 0,15 €/kWh y con los costes de las diferentes secciones de cable obtenemos los siguientes datos.
AFUMEX (AS)
Sección económica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
18Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Los ahorros obtenidos son importantes con las secciones superiores lo que demuestra que elegir un cable de mayor sección es también una buena inversión pues tenemos importantes retornos del dinero empleado.
Ahorrototal(€) (1) – (2)
--16552380
Sección
(mm²)
5G65G105G16
Sección que reporta más beneficios por aminorar las pérdidasenergéticas y abaratarla factura eléctrica.
Sección económica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
19Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Calculemos cuanto ahorraríamos cada año en la factura.
Coste energía perdida(€)
Ahorro coste energía(€)
(1)
4076 --2331 17451475 2601
1745 €/30 años = 58,17 €/año
2601 €/30 años = 86,7 €/año
Sección
(mm²)
5G65G105G16
NOTA: no se ha considerado la variación de la tarifa en el tiempo ni se han actualizado los ingresos futuros. De forma aproximada se da por compensado un efecto con el otro, si bien es fácil pensar que la tarifa pueda subir más que los tipos de interés de referencia y el resultado ser más favorable aún, es decir, reportar más ahorros.
Sección económica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
20Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ahorro (€) -90 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17
Año 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Ahorro (€) 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17
Año 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Ahorro (€) 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17
Con el cable de 5G10 tendremos el siguiente plan de ahorro:
El primer ahorro es negativo. Corresponde el desembolso de 90 € de más por comprar cable de 5G10 en lugar de 5G6. Gracias a este desembolso inicial se consiguen los ahorros de factura en años siguientes (con fondo verde).
A5G10 30 X 58,17 – 90 = 1655 €
Plazo de amortización 90/58,17 = 1,53 años
Sección económica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
21Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ahorro (€) -221 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7
Año 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Ahorro (€) 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7
Año 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Ahorro (€) 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7
…e instalando el cable de 5G16 tendremos el siguiente plan:
A5G16 30 X 86,7 – 221 = 2380 €
Plazo de amortización 221/86,7 = 2,55 años
Sección económica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
22Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Hagamos los mismos números suponiendo que por el cable circula solamente el 10 % de su capacidad de carga (4,6 A)
t
Intensidad (A)
0,3 Imax = 13,8 A
0
Imax para el conductorde 6 mm² en las condiciones de instalación definidas = 46 A
t
Intensidad (A)
0,3 Imax = 13,8 A
0
Imax para el conductorde 6 mm² en las condiciones de instalación definidas = 46 A
0,1 Imax = 4,6 A
Sección económica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
23Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
La energía perdida a lo largo de 30 años (262800 h) para intensidad de 4,6 A con cada una de las secciones planteadas es la siguiente.
E P = 3 x R . I² . L . t/1000 [kW·h]
EP6 = 3 x 3,62 Ω/km x 4,6² A² x 262800 h x 0,05 km x 1/1000 kW/W = 3020 kWh
EP10 = 3 x 2,07 Ω/km x 4,6² A² x 262800 h x 0,05 km x 1/1000 kW/W = 1727 kWh
EP16 = 3 x 1,31 Ω/km x 4,6² A² x 262800 h x 0,05 km x 1/1000 kW/W = 1093 kWh
Sección económica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
24Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Sección
(mm²)
Coste energía perdida(€)
Ahorro coste energía(€)
(1)
Coste cable aprox.(€)
Δ coste cable(€) (2)
Ahorrototal(€) (1) – (2)
5G6 453 -- 141 -- --5G10 259 194 231 90 1045G16 164 289 362 221 68
Con tarifa eléctrica 0,15 €/kWh y teniendo en cuenta los costes de las diferentes secciones de cable…
AFUMEX (AS)
Sección económica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
25Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
El ahorro es menor que en el caso anterior puesto que el gasto en cable es el mismo pero las pérdidas son menores al ir el cable cargado sólo al 10 % de la Imax. Por ello el ahorro en pérdidas es menor y el total ahorrado es menor que en el caso anterior al 30 % de la Imax.
Ahorrototal(€) (1) – (2)
--10468
Sección
(mm²)
5G65G105G16
Sección que reporta más beneficios aminorandolas pérdidas energéticas y abaratando la factura eléctrica.
Sección económica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
26Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Calculemos cuanto lo que ahorraríamos cada año en la factura.
Coste energía perdida(€)
Ahorro coste energía(€)
(1)
453 --259 194164 289
194 €/30 años = 6,47 €/año
289 €/30 años = 9,63 €/año
Sección
(mm²)
5G65G105G16
Sección económica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
27Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Con el cable de 5G10 y al 10 % de Imax tendremos el siguiente plan de ahorro
A5G10 30 X 6,47 – 90 = 104 €
Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ahorro -90 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47
Año 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Ahorro 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47
Año 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Ahorro 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47
Plazo de amortización 90/6,47 = 13,91 años
Sección económica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
28Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Instalando el cable de 5G16 tendremos el siguiente plan
A5G16 30 X 9,63 – 221 = 68 €
Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ahorro -221 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63
Año 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Ahorro 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63
Año 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Ahorro 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63
Plazo de amortización 221/9,63 = 22,95 años
Sección económica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
29Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
3. Sección ecológica
30Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Emisiones de CO2 por kg de cable fabricado
NOTA: fuente FACEL
Emisiones de CO2 por kWh generado: 0,39 kg
Sección ecológica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
*LSOH = Low Smoke Zero Halogen (= baja emisión de humos y libre de halógenos) cable AS Afumex
*
31Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Sección
(mm²)
Peso tirada de 50 m
empleada en la
instalación
(kg)
Emisiones de CO2 por la fabricación del cable
(kg)
Emisiones de CO2 ahorradas por emplear
cable de mayor sección
0,3 Imax
(kg)
Emisiones de CO2 ahorradas por emplear cable de
mayor sección0,1 Imax
(kg)
5G6 21 135 — --5G10 33 213 4538 5045G16 49,5 319 6763 752
Valores de emisiones por fabricación de cable más pesado que 5G6 muy inferiores a las ahorradas por menores pérdidas con secciones mayores (5G10 y 5G16). Las secciones superiores ocasionan ahorros económicos y ecológicos incluso con muy baja intensidad de corriente.
Sección ecológica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
32Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Amortización ecológica del cable 5G10 a 0,3 Imax
Aecol5G10 30 X 151,3 – 213 = 4326 kg CO2
Plazo de amortización ecológica 213/151,3 = 1,41 años
Sección ecológica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ahorro ecol -213 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3
Año 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Ahorro ecol 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3
Año 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Ahorro ecol 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3
4538 kg CO2 / 30 años = 151,3 kg CO2 / año
33Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Amortización ecológica del cable 5G10 a 0,1 Imax
Aecol5G10 30 X 16,8 – 213 = 291 kg CO2
Plazo de amortización ecológica 213/16,8 = 12,68 años
Sección ecológica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ahorro ecol -213 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8
Año 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Ahorro ecol 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8
Año 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Ahorro ecol 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8
34Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Sección ecológica
30 años
Plazo de amortiza-ción ecológica
1,41 años
12,68 años
0,3 Imax
0,1 Imax
Cable 5G10
CO2CO2
CO2CO2
35Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Amortización ecológica del cable 5G16 a 0,3 Imax
Aecol5G10 30 X 225,4 – 319 = 6443 kg CO2
Plazo de amortización ecológica 319/225,4 = 1,41 años
Sección ecológica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ahorro ecol -319 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4
Año 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Ahorro ecol 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4
Año 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Ahorro ecol 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4
6763 kg CO2 / 30 años = 225,4 kg CO2 / año
36Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Amortización ecológica del cable 5G16 a 0,1 Imax
Aecol5G10 30 X 25,1 – 319 = 434 kg CO2
Plazo de amortización ecológica 319/25,1 = 12,68 años
Sección ecológica
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ahorro ecol -319 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1
Año 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Ahorro ecol 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1
Año 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Ahorro ecol 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1
752 kg CO2 / 30 años = 25,1 kg CO2 / año
37Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Sección ecológica
30 años
Plazo de amortiza-ción ecológica
1,41 años
12,68 años
0,3 Imax
0,1 Imax
Cable 5G16
CO2CO2
CO2CO2
38Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
5. Conclusiones
39Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Conclusiones
.- Ahorro económico
.- Ahorro de emisiones de CO2
.- Mayor vida útil de la línea al ir más descargada
.- Mejor respuesta a fenómenos transitorios
.- Posibilidad de ampliación de potencia sin cambiar el cable
.- Reducción de la caída de tensión
Emplear mayores secciones de conductor nos aportan una serie de beneficios interesantes:
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
40Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Reducción de I (%)
Reducción de la potencia
perdida en la línea (%)
Reducción de I
(%)
Reducción de la potencia perdida en la línea
(%)
0 010 2120 4030 5540 6850 7860 8670 9280 9790 99100 100
Conclusiones
Reducción de la intensidad y reducción de la potencia perdida
41Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year
Conclusiones
Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013
Desde Prysmian invitamos a que se reflexione sobre las secciones superiores a las exigidas técnicamente, se haga una estimación del patrón de consumo de sus líneas así como de la vida útil prevista para hacer cálculos y evidenciar los ahorros y ventajas de estas consideraciones para decidir en consecuencia. No olvidando, si procediera, los incrementos de costes por emplear mayores canalizaciones, protecciones de mayor calibre o también mayores ahorros por subidas de tarifas eléctricas.
Haga cuentas y verá como los números son favorables.