Eficiencia Energética Eéctrica · en trabajo mecánico, la parte restante, sin utilidad...

Eficiencia Energética Eéctrica

1Confidential Property of Schneider Electric

Conceptos generales - Experiencia en la Aplicación de Variadores de

Velocidad “VSD”

Introducción

Que es la Energía ?

Es la capacidad para realizar un trabajo o transmitir calor. Es una magnitud escalar.

Primera Implicancia:

2

La energía, el calor y el trabajo mecánico se pueden expresar con las mismas unidades.

Unidad en el sistema mksA

1 Joule ≡ 1[ N ]. m ≡1[ Kg m/s2] .m ≡ 1 Kg m2/s2

HRU – Setiembre 2014

Exergía

La Exergía es la porción de la

Por que la EE de energía eléctrica es la más beneficiosa y de mayor impacto

( La exergía, término introducido por Zoran

3

La Exergía es la porción de la energía que puede ser transformada en trabajo mecánico, la parte restante, sin utilidad práctica, recibe el nombre de Anergía.

introducido por ZoranRant en 1956)

Zoran Rant (1904 -1972): Ingeniero Mecánico, profesor y científico esloveno.


Energía: un pequeño ahorro en las casas e industria s es un gran ahorro en las plantas generadoras de energías

Carbón

100 kWht 35 kWhe 33 kWhe

Pérdida en las lineas y transformadoresAT –MT 2 kWhe

4HRU- Setiembre 2014

100 unidadesAhorro en la

industria

300 unidadesAhorro en la planta

de generación

Generación de CO2 = 990 gr/kWhe

En Argentina

100 kWht 53 kWhe 50 kWhe

Pérdida en las lìneasAT –MT 3 kWhe

Matriz Energética


100 unidadesAhorro en la

industria

200 unidadesAhorro en la planta

de generación

Generación de CO2 = 500 gr/kWhe

Eficiencia Energética IEC60364-8-1

EFICIENCIA ENERGETICA PASIVA

AEA 90364-8-1

6

EFICIENCIA ENERGETICA ACTIVA


Eficiencia Energética IEC 60364-8-1AEA 90364-8-1

Eficiencia en los equipos consumidores.

PASIVA ACTIVA

Eficiencia en el sistema de Distribución Eléctrica

7

Sistema de Monitoreo de la Instalación


PASIVA ACTIVA


Sistema de Gestión de la Energía

Manual de Política Energética

Implementación y

Planificación

Revisión Gerencial

Mejora Continua

Planta Preexistente que implementa la Gestión de Energía

8

Implementación y Operación

Medición, Monitoreo y evaluación

Análisis y determinación de

acciones correctivas

Auditoría Interna


Eficiencia Energética AEA90364-8-1

AXIOMA de EE : No se puede cambiar lo que no se conoce – No se conoce porque no se


9

• Sistema de Monitoreo Continuo

conoce – No se conoce porque no se monitorea




3 Objetivos Principales :1) Análisis de Calidad de Energía2) Identificación del Uso de Energía en cada

proceso o área y análisis de las variaciones.3) Control de la Performance de Planta y

10

Benchmarking.


Sistemas de gestión

•Responden a las necesidades propias del manager.•Usuario no tiene porque poseer los conocimientos eléctricos•Facilitan la información previamente tratada y presentadade forma que la extracción de conclusiones sea inmediata.•Ideales para la asignación de costos, cálculo de ratios,cumplimiento de objetivos, benchmarking, etc.

Sistemas técnicos:

•Pensados para técnicos,•Usuarios con conocimientos eléctricos de la instalación•Tiempo para la explotación del sistema instalado.•Ideales para la supervisión y el control, estudios de carga ymantenimiento preventivo, etc.

• Eficiencia Energética AEA90364-8-1Sistema de Monitoreo de la Instalación

11HRU – Setiembre 2014

Edificios corporativos

Edificios de Oficinas

Edificios Comerciales

Sistemas de GestiónEficiencia energética y ahorro de costos

Clasificación



Hoteles

Sistemas TécnicosDisponibilidad y confiabilidad de la energía



1 – Consumo de Energía por área o línea de fabricac ión.2 - Demanda de Potencia KW en función del tiempo.3 – Tensión y balance de Tensiones.4 - Cos ϕϕϕϕ5 – Armónicos THDV y THDI

13

Sistema de Monitoreo Continuo



EC2) Regulación de caudales y presiones con motores y variadores de Velocidad

FP = T [N.m] x P = T [N.m] x ωω [1/s][1/s]

14

R

F

Pe = P Pe = P / / ηηmm

Potencia Eléctrica Demandada

ηηm : Rendimiento del motor


Potencia mecánica de un sistema Hidráulico

p

QWm = (p2 – p1) . Q = ∆∆∆∆p .Q

∆∆∆∆p [N/m2] Q [m3/s]



p2

p1

Wm = ∆∆∆∆p .Q [N/m2] [m 3/s]

Wm = ∆∆∆∆p .Q [W]

Wm = ∆∆∆∆p .Q [N.m/s]

[N.m /s] ≡ [J /s ] ≡ [ W ]

Potencia mecánica de un sistema Hidráulico

p

Q

T .ω = (p2– p1) . Q /ηb

Relación de la potencia hidráulica con la mecánica del motor :



p2

p1

We = T. ω/ ηm

Relación de la potencia mecánica del motor con la Eléctrica de entrada:

Regulación Serie (en la impulsión)



Regulación Serie (en la succión)

Regulación Paralelo

Q2 =Cte. Q1

P1

P2



Q1

Q3

Q1 = Q2 – Q3

P1

Válvula Bypass

Regulación Serie (en la impulsión)

Balance de PotenciaBalance de Potencia

P2 P3Q1 Q1P2



Ep= [P3-P2].Q1 .tiempo

Q1

P1Pmec-total = [P2-P1] . Q1

Pmec-util = [P3-P1] . Q1

Pmec-per = [P3-P2] . Q1

Calentamos agua

Solución con Variador de VelocidadSolución con Variador de Velocidad

P3Q1 Q1P3

ATV61/71



Ep= [P3-P2].Q1 .tiempo

Q1

Q1

Q1

P1

P3

Pmec-total = [P3-P1] . Q1


Pmec-per = [P3-P2] . Q1

Q1P2

P1

Q1

Solución con Variador de VelocidadSolución con Variador de Velocidad



Q1

Pmec-total = [P2-P1] . Q1

Pperdidas = [P2-P1] . Q3


ATV71

Ventiladores

Variador de frecuencia

Persianas de entrada

Persianas de salida

40%50%60%70%80%90%100%

Potencia activa


22

0%10%20%30%40%

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Flujo

100

Ep = w 50.t50 + w80.t80

Ep = ∫∫∫∫t0w dt


Bombas

Variador de frecuencia

Válvula a la salida

Bypass

50%60%70%80%90%100%

Potencia activa


23

0%10%20%30%40%50%

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Caudal100


Aire Comprimido – Tipos de Compresores

Screw

Pis

ton

Capacidad de compresión y presiones vs. Tipo de Compres ores


Los compresores a tornillo se usan frecuentemente para presiones medias y bajas

Turbo

ScrewVane

Variable piston


El suministro de aire comprimido es el compresor

25Confidential Property of Schneider ElectricHRU – Setiembre 2014

Control de los compresoresControl interno: Es el control más usado

pres

sure

Control carga /descarga Control con VSD

pres

sure


pres

sure

totaltiempo

acentiempototaltiempoadescderelacion

_

)arg___(arg__

−=


EC3) Variadores de Velocidad de alta eficiencia


27

- Filtrado de Armónicos = �� Alta Eficiencia - Frecuencia de Switching preajustada 4 KHz- Frecuencia de Switching variable en relación a

la disipación térmica. ATV21



28

ATV12

ATV31 ATV61ATV71HRU – Setiembre 2014

Reglas a Respetar al instalar variadores de velocid ad

29

www.google.com ECO 2 Schneider Electric



Descargas elèctricas a través de los rodamientos

30HRU – Febrero 2014


Perturbaciones de tensión y de corriente por los pu lsos del VSD

El dv/dt genera corrientes transitorias elevadas a la frecuencia de switcheo en las capacidades parásitas del cable y el motor que generan pérdidas adicionales en el VSD, el cable y el motor.


el cable y el motor.

El pulso de tensión aplicado al cable del motor genera sobretensiones en los terminales del motor que serán proporcionales a la longitud del cable y sus características la velocidad de incremento de tensión y el algoritmo del PWM


Compatibilidad Electromagnética - EMC


Elementos de un variador PWM


Si no se puede reducir la longitud del cable y/o la frecuencia de switcheo hay tres variables

Reglas básicas:

• Frecuencia de switcheo lo mas baja posible (4 kHz).• Longitudes de cable VSD – Motor lo màs corta posible


la frecuencia de switcheo hay tres variables más que se pueden agregar para evitar las sobretensiones en el motor y VSD.

1) Software en el Variador

2) Chope en la salida del VSD

3) Filtro senoidal


1) Software en el Variador

Los VSD de la gama de los ATV71 tienen un software de control que evita la doble transición opuesta de pu lsos, tiene dos funciones :

34

SUL : Surge Limitation Function

SOP : Parámetro de Optimización



2) Inductancia en la salida del VSD (Motor Choke)Altamente recomendado cuando :

- Cuando se utilizan motores no diseñados para trabajar con VSD y con longitudes de cables relativamente cortas (de 5 a 50 mts.)

- Cuando las corrientes de fuga a

Ventajas :

-Reduce el dv/dt debajo de 500V/µs- Reduce las sobretensiones- Bajo Costo

35

- Cuando las corrientes de fuga a tierra son grandes por longitudes grandes de cables y riesgos de corto circuitos fase – tierra.

Motor Choke

Elementos de un variador PWMHRU – Setiembre 2014


3) Filtro Senoidal

El filtro senoidal es un filtro pasa-bajos con frecuencia de corte por debajo de la frecuencia de switcheo (4 kHz).Es la mejor solución para evitar las sobretensiones en bornes del motor permitiendo longitudes de hasta 1000 m con cable standard y 300 m para cables apantallados.

Filtro Senoidal

36

∼∼∼∼

Filtro Senoidal



37HRU – Febrero 2014

Compensación de la Energía Reactiva.


* Bajo Cos ϕ implica pérdidas de energía dentro y fuera de la instalación.* Limitación de las prestaciones de los transformadores de Distribución.* Multas por bajo Cos ϕ .


Soluciones GeneralesSoluciones Generales

Sn : Potencia Aparente del TransformadorSn : Potencia Aparente del Transformador

GhGh : Potencia Aparente de las cargas : Potencia Aparente de las cargas




GhGh : Potencia Aparente de las cargas : Potencia Aparente de las cargas generadoras de armónicos ( variadores de generadoras de armónicos ( variadores de velocveloc., convertidores estáticos, electrónica de ., convertidores estáticos, electrónica de potencia ,lámparas de descarga, tubos potencia ,lámparas de descarga, tubos fluorescentes , etc.)fluorescentes , etc.)

QcQc : Potencia del equipamiento de : Potencia del equipamiento de compensacióncompensación

U : Tensión de RedU : Tensión de Red

Soluciones GeneralesSoluciones Generales




ClassicClassic Tipo Tipo ComfortComfort

Tipo Tipo HarmonyHarmony

Soluciones para sistemas con altos contenidos de Ar mónicos Soluciones para sistemas con altos contenidos de Ar mónicos

�� Protección de condensadores con inductancias anti armónicos “ Tipo Protección de condensadores con inductancias anti armónicos “ Tipo




�� Protección de condensadores con inductancias anti armónicos “ Tipo Protección de condensadores con inductancias anti armónicos “ Tipo HarmonyHarmony” ”

�� Filtros Pasivos Filtros Pasivos

�� Filtros Activos ( X )Filtros Activos ( X )

�� Filtros Híbridos ( combinación activo + Filtros Híbridos ( combinación activo + pasivo”Harmo nypasivo”Harmony” ) ” )

Filtros Pasivos con inductancias “Filtros Pasivos con inductancias “HarmonyHarmony””




Varpact Harmony

Filtros Pasivos con inductancias “Harmony = Comfort + Inductancia DR”Filtros Pasivos con inductancias “Harmony = Comfort + Inductancia DR”

Red sola Red sola

Red con Red con condensadores e condensadores e

Red con Red con condensadorescondensadores




condensadores e condensadores e Inductancias Inductancias

•• Eliminación del riesgo de resonanciaEliminación del riesgo de resonancia•• Los armónicos no son totalmente eliminadosLos armónicos no son totalmente eliminados•• Frecuencias de sintonía : 215 Hz y 135 HzFrecuencias de sintonía : 215 Hz y 135 Hz

Filtros Pasivos con inductancias “Harmony = Comfort + Inductancia DR”Filtros Pasivos con inductancias “Harmony = Comfort + Inductancia DR”




NRC 12

Esquema tipo de instalación Esquema tipo de instalación -- Filtros Pasivos con Filtros Pasivos con inductancias Harmonyinductancias Harmony




Situación antes del filtradoSituación antes del filtradoTHD(V) = 8 %cos ϕ = 0,75Situación Situación despúesdespúes del filtradodel filtradoTHD (V) = 3 %cos ϕ = 0,93


Filtros Pasivos Sintonizados HarmonyFiltros Pasivos Sintonizados Harmony




•• Circuito de derivación Circuito de derivación realizado con un LC sintonizado realizado con un LC sintonizado sobre las frecuencias de sobre las frecuencias de armónicos a eliminararmónicos a eliminar•• Rangos habitualmente Rangos habitualmente eliminados: 5, 7, 11eliminados: 5, 7, 11••Compensación de energía Compensación de energía reactiva aseguradareactiva asegurada

Transformador MT/BTI armónica

Cargas generadoras de

Armónicos

Capacitores y Filtros antiarmónicos

Filtros HíbridosFiltros Híbridos

•• Principio: asociación de Principio: asociación de soluciones pasiva y activassoluciones pasiva y activas•• Eliminación de armónicos de Eliminación de armónicos de rango 2 a 25rango 2 a 25°°•• Compensación de energía Compensación de energía



47

•• Compensación de energía Compensación de energía reactiva reactiva


GRACIAS POR SU ATENCION !!

48

Preguntas ??


Eficiencia Energética Eéctrica · en trabajo mecánico, la parte restante, sin utilidad...

Documents

Transcript of Eficiencia Energética Eéctrica · en trabajo mecánico, la parte restante, sin utilidad...