Energy Measurement Principles 03 03 14 ES RPL REV13 · • Capacitación exhaustiva en instrumentos...

Rev. 9 - 2015

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Seminario de energía

Principios de medición de la energía

Identificación y cuantificación de las

ineficiencias energéticas

1Principios de medición de la energía ©2013 Fluke Corporation. No está permitido modificar ni reproducir este documento sin la autorización por escrito de Fluke Corporation.

Roberto PoyatoRoberto PoyatoRoberto PoyatoRoberto Poyato

Technical Sales Manager Fluke Iberica & Italy

Más de 23 años de experiencia en mantenimiento de instalaciones industriales y sistemas de potencia

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Ponente

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Qué cosas no incluye esta presentación

Este taller solo repasa dónde y cómo la medición puede: • cuantificar el consumo de energía • Identificar el desaprovechamiento energético.

Si su objetivo es reducir la factura de energía , entonces comience por comprender cuánto está consumiendo y dónde.

1. Revise la factura de la compañía eléctrica.

2. Identifique sus mayores consumidores eléctricos.

3. Utilice la medición para determinar el consumo y el desaprovechamiento en cada uno.

A continuación, puede determinar:• qué parte de ese consumo eléctrico es

necesario para el negocio y

• qué parte es un desaprovechamiento y se puede reducir.

No incluido:

• Solución de problemas• Mantenimiento predictivo• Teoría o práctica de

auditorias energéticas• Evaluación del ciclo

operativo/tiempo de uso• Capacitación exhaustiva

en instrumentos de medición

• Energía renovable (sol, viento)

3

No incluido:

Principios de medición de la energía ©2013 Fluke Corporation. No está permitido modificar ni reproducir este documento sin la autorización por escrito de Fluke Corporation.

¿Qué es la energía? ¿Y la potencia?

La eficiencia ideal de un motor eléctrico es del 80 al 90 %.

– Esto significa que entre un 80 y un 90 % de la energía eléctrica se transforma en trabajo y el resto, 10 al 20 %, en otras formas de energía (principalmente calor).

– Por lo tanto, si un motor se calienta más de lo que debiera, la eficiencia disminuye y la energía se derrocha.

Formas en las que puede presentarse la energía:• Calor• Energía eléctrica• Presión (vapor, aire, agua)• Energía mecánica (rotación, vibración)


La energía es la capacidad para realizar un trabajo y se mide en julios (J).La potencia es la velocidad con la que se consume la energía y se mide en vatios(W). 1 Vatio = 1 Julio /1 segundo

Cuando realizamos un trabajo, parte de la energía total utilizada se transforma enotras formas de energía (térmica, vibraciones, ruido…). Eso se denomina pérdidade energía y la cantidad de esa pérdida define la eficiencia del proceso.

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Flujos de energía

5Principios de medición de energía ©2013 Fluke Corporation. No está permitido modificar ni reproducir este documento sin la autorización por escrito de Fluke Corporation.

Entrada: Electricidad,

gas…

Salida:Trabajo útil

Ineficiencias en forma de calor

Ineficiencias en forma de

vibraciones

Ineficiencias en forma de ruido

Ineficiencias en forma de fugas de aire presión,

vapor…

Ineficiencias en forma de corrientes reactivas,

desequilibrios, armónicos, etc.

Recuperación de energía útil

¿De qué modo se manifiestan las ineficiencias en cuanto a la energía?

Aplicaciones eléctricas• Consumo de energía• Distorsión de

potencia• Sobrecalentamiento

Especificaciones mecánicas• Vibración o

fricción excesiva • Sobrecalentamiento• Ruido excesivo

Entrada frente a salida• Caída de presión

• Aire acondicionado

• Aire comprimido

• Disminución de la temperatura

• Vapor• Aire acondicionado


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Analizadores de Calidad Eléctrica y Energía

Cámaras Termográficas

Termómetros Visuales

Luxómetros

Analizadores de Calidad del Aire

Analizadores de Vibraciones y Alineamiento de Ejes

¿Cómo se puede cuantificar el desaprovechamiento de energía?

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¿Por qué es importante medir la energía?

Los datos de las mediciones respaldan las decisione s y las acciones que reducen el consumo de energía y el cos to, como:

• el análisis de actualización de los equipos y el ROI;

• el dimensionamiento correcto y la optimización del suministro/consumo;

• la justificación de la introducción de controles y automatización;

• las solicitudes de incentivos a la compañía eléctrica;

• reparaciones.

8Principios de Mmedición de la energía ©2013 Fluke Corporation. No está permitido modificar ni reproducir este documento sin la autorización por escrito de Fluke Corporation.

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¿De qué modo se manifiestan las ineficiencias en cuanto a la energía?

Aplicaciones eléctricas• Consumo de energía• Distorsión de

potencia• Sobrecalentamiento

Especificaciones mecánicas• Vibración o

fricción excesiva • Sobrecalentamiento• Ruido excesivo

Entrada frente a salida• Caída de presión

• Aire acondicionado

• Aire comprimido

• Disminución de la temperatura

• Vapor• Aire acondicionado


¿Cómo se puede cuantificar el desaprovechamiento de energía?

• Aplicaciones eléctricas– kWh– Armónicos– Desequilibrio– Factor de potencia– Pico de demanda

• Vibración• PSI• Calor• Delta-T


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Los ahorros de las mediciones energéticas en las noticias:

“Un ejemplo, que aparece en un estudio realizado por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, proviene de Sysco, una compañía de servicios alimentarios de EE.UU. de $37 mil millones de dólares con más de 140 instalaciones en América del Norte.

En el transcurso de un programa de eficiencia energética lanzado en el 2005/2006, la compañía utilizó el análisis como un componente crítico para la reducción del consumo energético en un 28 %, un ahorro mensual de 18 millones de kWh .

Es importante destacar que el primer 18 % se logró con acciones de bajo coste o sin coste ,y solo el último 10 % requirió una inversión mayor de capital y nuevos equipos”

¿Cuánto puede ahorrar?

En general: Las auditorias energéticas de las instalaciones pueden ayudar a reducir los gastos de electricidad en un 25 % al año. • Depende del tamaño, la antigüedad y

el tipo de instalaciones, además del alcance del registro energético.

• Las instalaciones con buenos programas de mantenimiento proactivo pueden identificar ahorros del 10 al 20 %.

• En las instalaciones donde el mantenimiento todavía evita una gran cantidad de incendios, se pueden identificar ahorros de hasta un 30 %.


12Energy Measurement Principles ©2013 Fluke Corporation. Modification, or reproduction of this document is not permitted without written permission from Fluke Corporation.

Por otra parte la eficiencia energética forma parte de lasdiferentes etapas de un sistema.

Diseño

Instalación

Operación

¡No es algo nuevo !

Pero ahora, la necesidad de ser más eficiente es mayor yla disponibilidad de instrumentación más avanzada ymás fácil de utilizar , abre nuevas posibilidades para laeficiencia y el ahorro.

Eficiencia desde el principio

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Ahorros

$$$ Mayores oportunidades

$$ Oportunidades intermedias

$ Oportunidades pequeñas a largo plazo

Mayores oportunidades de ahorro

Compañía eléctrica, TI/computadoras

Motores y accionadores de HVAC

Iluminación, aire Comprimido y sistemas de

vapor

Cubrimiento de edificios


14

¿Dónde se produce el desaprovechamiento?


La instalación ahora gasta un 27% menos de energía que un hospital medio de los EE.UU

Revisar las temperaturas de descarga, las temperaturas del agua caliente y constantemente garantizar que los equipos estén operando conforme a lo proyectado

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Infraestructura del edificio

Distribución eléctrica trifásica (redes de electricidad)

Ventilación, calefacción, refrigeración

Envolvente de los edificios

Iluminación

Subsistema eléctricoFacturación de servicios públicos

Infraestructurade distribución eléctrica

Focalización en tres sistemas de la instalación

15

Sistemas de proceso de producción

Cargas mecánicas Flujo: Compresión de aire, vapor


Cargas: iluminación, computadoras, etc.

Acometida de servicio principal

Carga n.º 1 50 kVA

Carga n.º2 100 kVA

Motor n.° 1

Subpanel n.º 1.1

Subpanel n.º 1.2

Panel de 480 V

Medición del desaprovechamiento

Motor n.° 2

Arrancador motor

Desconectar

Desconectar

TransformadorMedición del

desaprovechamiento

Medición del desaprovechamiento

Medición del desaprovechamiento Desconectar

Capacitor

Puntos de desaprovechamiento de los subsistemas eléctricos


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Identificando acciones de mejora en la factura de la compañía eléctrica

Cargos por demanda máximaCargos por demanda fija

• ¿Qué elementos conforman su factura eléctrica?• ¿Qué coste tiene la electricidad?• ¿Cuánto está consumiendo? • ¿Está siendo penalizado?

Preguntas claves:


18

Cómo la compañía eléctrica mide el consumo de energía

Comprenda lo que hay que medir. El consumo de energía es la acumulación de potenciaa lo largo del tiempo y se expresa en kilovatios-hora (kWh)Los cargos de consumo de energía por parte de la compañía eléctrica se dividen en •Potencia activa (o verdadera) (kW) distribuida por la compañía eléctrica;

•Costes asociados al cos phi / factor de potencia;

•Costes asociados al pico de demanda.


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¿Diferentes tipos de potencias?

19

Potencia Activa, kW Los vatios miden la energía que se necesita para llevar a cabo un trabajo real, como elevar un peso con un motor.

Potencia Reactiva, kVArEs la potencia empleada para, por ejemplo, crear el campo magnético dentro de los motores

Potencia armónica y de desequilibrioArmónicos y desequilibrios dan lugar también al uso ineficiente de la potencia

Potencia Aparente, kVAPotencia total a entregar vista por la compañía eléctrica, independientemente de su eficacia o si produce un trabajo real.

Factor de potencia, FP Cuando un circuito trabaja al 100 % de eficiencia, Potencia Aparente = Potencia Activa. Cuando la potencia activa es menor que la potencia aparente, el cociente kW/kVA, es el factor de potencia. Un FP por debajo de 95 implica ineficiencias a mejorar (corregir desfases, reducir armónicos, .



20

Potencia Activa, kW Los vatios miden la energía que se necesita para llevar a cabo un trabajo real, como elevar un peso con un motor.


v

I

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0,000 0,010 0,020 0,030 0,040

Tensión

Corriente total

Corriente resistiva

Corriente inductiva

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

0,000 0,010 0,020 0,030 0,040

Potencia total

Potencia activa

Potencia reactiva

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21

Potencia Reactiva, kVArEs la potencia empleada para, por ejemplo, crear el campo magnético dentro de los motores


v

I

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0,000 0,010 0,020 0,030 0,040

Tensión

Corriente total

Corriente resistiva

Corriente inductiva

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

0,000 0,010 0,020 0,030 0,040

Potencia total

Potencia activa

Potencia reactiva


22

Potencia Activa (kW) + Potencia Reactiva (kVAr)En un caso real tendremos una combinación de resistencia e inductancia apareciendo simultáneamente las potencia activas y reactivas


v

I

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0,000 0,010 0,020 0,030 0,040

Tensión

Corriente total

Corriente resistiva

Corriente inductiva

-600

-400

-200

0

200

400

600800

1.000

1.200

1.400

0,000 0,010 0,020 0,030 0,040

Potencia total

Potencia activa

Potencia reactiva

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Teoría clásica de la potencia

23

Según la teoría clásica de la medida de la potencia, ésta se puede expresar en base a potencia activa, reactiva y aparente.

El flujo de energía se describe mediante• potencia real (P) o activa en vatios (W).• potencia reactiva (Q) en voltamperio reactivo

(VAR)• potencia compleja (S) en

voltamperio (VA)• potencia aparente, la magnitud de la potencia

compleja (VA)

Expresado matemáticamente por S = P + jQ

Real

Imag

inar

ia

φ

Potencia aparente (S)Potencia aparente (S)

Potencia reactiva (Q)Potencia reactiva (Q)

Potencia activa (P)Potencia activa (P)


24

Funcionamiento

La tasa del flujo de energía en un sistema depende de la carga; ¿es resistiva, reactiva o ambas?

• Con una carga puramente resistiva : – se invierte la polaridad de la tensión y la corriente

al mismo tiempo,

– el producto de la tensión y la corriente es positivo,

– existe una transferencia neta de energía a la carga,

– la potencia real se transfiere.

• Si la carga es puramente reactiva :– la tensión y la corriente se encuentran fuera de fase;

– por término medio, el producto de la tensión y la corriente es negativo, debido a la cantidad de energía que fluye hacia la carga frente a la que proviene de la carga;

– la transferencia neta de energía a la carga es cero;

– solo la energía reactiva fluye.

La mayoría de las cargas poseen una combinación de resistencia, inductancia y capacitancia y crean una potencia tanto real como reactiva en un sistema.

Tensión Corriente


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25

Registro de energía: ¿por qué? y ¿dónde?

9/58/57/56/55/54/53/5

To

tal

( k

W)

160

140

120

100

80

60

40

Dónde: 1. Registre la potencia en los

cuadros principales y secundarios y en las cargas importantes.

2. Registre los kW, kWh y el cosphi / factor de potencia.

3. Identifique las franjas horarias de uso pico (a continuación).

4. Determine si el uso puede ajustarse y de qué otra forma se puede reducir el coste.

Tota

l de

kW

¿Por qué?: Usted necesita trazar un mapa para ver dónde va su consumo.• Compare con el medidor/factura de la compañía eléctrica.• Evalúe el pico de demanda y el factor de potencia de todas las cargas.


26

Herramientas para el registro de la energía

Capacidades del registrador Fluke 1730 para identificar el desaprovechamiento de energía • Evaluaciones de energía

– Cuantifique el consumo de energía antes y después de las mejoras para justificar los dispositivos de ahorro de energía.

• Supervisión de la demanda máxima de potencia

• Funciones del registrador de desaprovechamiento de energía:– kWh– THD– Factor de potencia

– Cos phi

Fácil de usar, altamente eficaz y completo

• Pantalla táctil.

• Auto detección de sondas.

• Corrección de errores de conexionado de las sondas

• Máxima clasificación seguridad CAT IV 1000 V.


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27

Pero, ¿cómo se configura un registro?


Sistemas monofásicos

Sistemas trifásicos4 hilos (estrella)

Sistemas trifásicos3 hilos (triángulo)

1.- ¿Qué tipo de sistema de distribución vamos a analizar?

28



L1

L2

L3

400 VAC400 VAC400 VAC400 VAC

Tensión faseTensión faseTensión faseTensión fase----fasefasefasefase

3 conductores (3F)

Tensión faseTensión faseTensión faseTensión fase----neutroneutroneutroneutro

L3

L1

L2

N 230 VAC230 VAC230 VAC230 VAC

4 conductores (3F + N)

400 VAC400 VAC400 VAC400 VAC

•En los sistemas 4 hilos, en estrella, la tensión se mide entre fase y neutro

•En los sistemas de 3 hilos, triángulo, la tensión se mide entre fases

1.- ¿Qué tipo de sistema de distribución vamos a analizar?

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29



Seleccionar la topología del sistema de medida:

Estudios de Energía

Estudios de Carga:

El usuario establece la tensión nominal para crear lecturas de kVA

30



La configuración del instrumento se accede a través de la función METER

¿Estudios de Energía o de Carga?Los estudios de Carga se utilizan cuando no es posible o conveniente hacer las conexiones de tensión

Estudios de carga Estudios de energía

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VACdttuT

UT

RMS 230)(1

0

2 == ∫

VACU RMS 227=VACU RMS 228=

230 Vac

Vac

t

10 ms

Vrms-½ ciclo

2.- Registro del Valor Eficaz de la tensión y corriente. Actualización cada 1/2 ciclo


230 Vac

Vac

t

10 ms

Intervalo de agregación de 10 muestras = 100 ms

Vmax

Vmin

Vavg

• Si registraramos la tensión cada 10 ms, en 1 semana de registro tendríamos en memoria

7x24x60x60x100= 60.480.000 muestras

• Para ahorrar memoria, se definen los intervalos de agregación de medidas

• Si el intervalo de agregación es de 10 min, se promedian 10x60x100=60.000 ciclos, y en una semana sólo se vuelcan a memoria 7 x 24 x 6 = 1.008 ternas de puntos


2.- Registro del Valor Eficaz de la tensión y corriente. Intervalos de agregación

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• En los registros de tensión eficaz hay que conocer:

• Cómo se actualiza la medida• Vrms-1ciclo• Vrms-½ ciclo• Vrms-¼ciclo

• Cuál es el intervalo de agregación• 1 segundo• 10 segundos• 1 minuto• 10 minutos


2.- Registro del Valor Eficaz de la tensión y corriente. Intervalos de agregación

Los valores normalizados (EN50160) para tensiones y corriente son:•Vrms-½ ciclo•10 minutos

Para potencias: 15 minutos

34



2.- Configurar el instrumento de acuerdo a dichos intervalos de promediado

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3.- Configurar las sondas de medida de corriente

Sonda rígida i40s-EL

Las sondas de corriente pueden ser del tipo flexibles y del tipo rígidasaunque estas están en desuso utilizándose solamente en casos de medidade corrientes muy pequeñas

Fluke 435 SII con sondas de corriente flexibles




Igualmente existen sondas de corriente estándar con conector BNC ysondas inteligentes

Sonda con conector inteligente autodetectableEl equipo reconoce automáticamente la sonda

Sonda con conector BNC estándarSe le debe indicar al equipo el modelo de sonda o el tipo de salida que proporciona

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iFLEX 3000A 24” (60cm)Rango nominal hasta 3000 A

iFLEX, 6000A 36” (90cm)Rango nominal hasta 6000 A

4 x iFlex 1500-12 suministras de forma estándar con el 1736Rango nominal hasta 1500 A

Rangos de medida de la corriente y tamaños de la sonda


3.- Instalación de las sondas de corriente

Nota: la flecha que aparece en laparte interior de la sonda flexibledebería apuntar hacia la cargaque se está analizando paraasegurar unas lecturas correctas

• Flujo de corriente a la carga

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3.- Instalación de las sondas de tensión

Cables con conectres tipo pinzas cocodrilo

Cables con conectores magnéticos para su instalación en protecciones eléctricas

Identificación de las opciones de ahorro de costes

1. Compare el horario de trabajo con el esquema tarifario de la compañía eléctrica.

2. Cambie los procesos de producción para aprovechar:

• los menores costos de energía de las franjas horarias;

• las horas cuando pueden apagarse las máquinas;

• los sensores y los controles de apagado de los sistemas cuando no son necesarios.

3. Fije horarios de encendido/apagado de los equipos de la infraestructura para los modos ocupado y desocupado.

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

100.00

110.00

00:00

01:00

02:00

03:00

04:00

05:00

06:00

07:00

08:00

09:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00

19:00

20:00

21:00

22:00

23:00

kWh

Weds 7th Jan

Thurs 5th Feb

Sun 25th Jan

Weds 10th Jun

Sun 17th May

Fri 31st Jul

Sat 25th Jul

Sat 20th Jun

Ejemplo de registro de energía

40

4. Ponga en marcha y ejecute los equipos con gran consumo de energía eléctrica con al menos 15 minutos de diferencia para evitar cargos por pico de demanda.

5. Instale variadores de velocidad en motores grandes y reemplazar los motores defectuosos por motores de alta eficiencia


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Ejemplo de precios de tarifas Punta, Llano y Valle

http://www.endesaonline.com/ES/empresas/luz/tarifas_electricas_empresas_baja_tension/ahora/precios/index.asp



Ejemplo de precios de tarifas Punta, Llano y Valle

http://www.endesaonline.com/ES/empresas/luz/tarifas_electricas_empresas_baja_tension/ahora/horas/index.asp

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43

Consumo de energía (kWh)

Para la mejora de este apartado esfundamental la selección de equipos eficientes.

Ejemplo: variadores de velocidad contecnología regenerativa que reinyectan energíadel motor a la red, en vez de desperdiciarla.

El analizador de calidad eléctrica Fluke 435 SIIes capaz de cuantificar de forma separada:

• el flujo total de energía• la energía consumida por la carga• la energía reinyectada por el variador de

velocidad en la red

Caso particular. Flujos de energía

Unidad Mediciones Objetivo

Conmutador de alta tensión principal

kW, FP, desequilibrio, armónicos

Compare el uso con la factura, evalúe el nivel de desaprovechamiento

Conmutadores de alta tensión/banco de capacitores

FP Verifique la eficiencia de la intervención del FP

Conmutadores de alta tensión/fuente de energía alternativa

kW, eficiencia del inversor, temperatura

Verifique la potencia aportada y la eficiencia del inversor

Panel 277/480 o carga kW, FP, desequilibrio, armónicos, temperatura

Evalúe la mitigación del nivel de desaprovechamiento y la ROI o los cambios en las cargas o los programas

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Mediciones para determinar el desaprovechamiento eléctrico


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Entrada de servicio principal

Carga n.º 1 50 kVACarga n.º 2

100 kVA

Motor n.º 1

Subpanel n.º 1.1

Subpanel n.º 1.2

Panel de

480 V

Detección de desaprovechamiento

Motor n.º 2

Motor de arranque

Desconectar

Desconectar

Transformador Detección de desaprovechamiento


Detección de desaprovechamiento Desconect

ar

Capacitor

45

Empiece con un análisis termográfico






Cos phi / FP Verifique la eficiencia de la intervención del cos phi / FP





Evalúe la mitigación del nivel de desaprovechamiento y el ROI o los cambios en las cargas o los programas


46

Desaprovechamiento de calor de sistemas eléctricos

Conceptos básicos de la transferencia de calor: cómo funcionan las cámaras termográficas

• Todos los objetos emiten radiación infrarroja.

• Las cámaras termográficas “ven” la temperatura mediante la medición de la radiación emitida y convierten estos datos en la imagen correspondiente.

• Solo mide las temperaturas de la superficie.

• Los objetos eléctricos emiten calor como un subproducto.

• El exceso de calor, o un cambio en la cantidad de calor, indica la presencia de ineficiencias que consumen energía en exceso.

convección

radiación


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Razones típicas de la existencia de puntos calientes eléctricos:• cargas desequilibradas;

• armónicos (corriente de 3.ª armónicoen el neutro);

• sobrecarga en los sistemas/exceso de corriente;

• conexiones flojas u oxidadas que incrementan la resistencia del circuito (generalmente se calienta un lado de los componentes);

• Fallo de aislamiento

• Fallos en los componentes

• Errores de cableado

• Componentes subespecificados(como los fusibles, se calentarán de ambos lados).

47

Teoría de la medición: calor eléctrico o ∆T


• Distribución de alimentación eléctrica (trifásica)

• Cajas de fusibles

• Cables y conexión

• Relés e interruptores

• Aisladores

• Capacitores

• Subestaciones

• Disyuntores

• Controladores

• Transformadores

• Motores

• Bancos de baterías

48

Componentes eléctricos por inspeccionar


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Cámaras termográficas Fluke

• Detección de problemas y capacidades de análisis mejorados con

la tecnología IR-Fusion, solo disponible de Fluke

– Combina el poder de las imágenes infrarrojas con las

imágenes de luz visible en la misma pantalla

• Optimizado para uso en campo en entornos de trabajo exigentes

– Soporta una caída de 2 metros

– Certificación IP 54, resistente al polvo y al agua

• Suministra imágenes claras y nítidas para detectar

problemas rápidamente

– Múltiples funciones de medición

– Fácil de usar y con una simple navegación a través de

selecciones de menús

– Sistema de focalización IR-OptiFlex / Laser Sharp

– Software SmartView

– Análisis e informes sencillos y de alto rendimiento

• Serie Ti100: cámaras termográficas livianas, resistentes y fáciles de usar

• Serie Ti4007300/200: productividad práctica probada

• Serie Ti: instrumentos resistentes para el uso diario



Entrada de servicio principal

Carga n.º 1 50 kVACarga n.º 2

100 kVA

Motor n.º 1

Subpanel n.º 1.1

Subpanel n.º 1.2

Panel de 480 V


Motor n.º 2

Motor de arranque

Desconectar

Desconectar

TransformadorDetección de

desaprovechamiento


Detección de desaprovechamiento Desconectar

Capacitor






FP Verifique la eficiencia de la intervención del FP





Evalúe la mitigación del nivel de desaprovechamiento y la ROI o los cambios en las cargas o los programas

51

Seguimiento con mediciones eléctricas


Rev. 9 - 2015



52

Ejemplo de facturación del factor de potencia


Penalizaciones por factor de potencia

• Muchas compañías eléctricas aplican tarifas superiores por cada punto porcentual por encima de un límite (< 0,97). Algunas tarifas se basan en los VAR que usted utiliza. Compruebe el plan de tarifas de su compañía eléctrica.

• ¿Cómo mide su compañía eléctrica el factor de potencia o los VAR? ¿Tienen en cuenta intervalos con valores pico o valores promedio? ¿El DPF o el FP total?

• Identifique las cargas que provocan retraso de la potencia reactiva y trabaje junto con los ingenieros para desarrollar una estrategia de corrección.

Ejemplo de cálculo• Asuma que la compañía eléctrica añade a la factura un cargo por demanda del 1% por

cada 0,01 por debajo del FP 0,97.

• Asuma que su FP promedio es de 0,86/mes y el cargo por demanda es de 7000 Euros.

(0,97-0,86) * 100 % = 11 % (11 % x 7000 Euros) x 12 meses

= costo anual evitable de 9240 Euros

Debido a que la potencia reactiva exige una mayor c apacidad del sistema, pero no realiza trabajo alguno, las compañías eléct ricas y las empresas intentan mantener los kVAR netos a un valor lo más bajo posible.

Principios de medición de la energía ©2013 Fluke Corporation. No está permitido modificar ni reproducir este documento sin la autorización por escrito de Fluke Corporation. 53

Rev. 9 - 2015



54

v

12 Aac • Las cargas inductivas, comomotores, hacen que la forma deonda de corriente se retraserespecto a la de tensión.

• Este desfase es medido por elcos φ

• Aparece una potencia adicionalllamada potencia reactiva

54

Una potencia reactiva mayor implica que se la instalación tiene que ser sobredimensionada para soportar

toda la potencia aparente (VA).

Potencia reactiva. Penalización por Cos φ

Tarifas de la energía reactiva establecidas en el 2010, de acuerdo al

BOE 31/12/2009

Penalización por el cos phi

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La utilización de baterías de condensadores permite mejorar el cos ϕ y por tanto reducir la factura eléctrica

Iarm

CCCC

LLLL↑Iarm

Sin embargo se debe prestar atención a posibles problemas de resonancias debidas a los armónicos

LC2

1f r π

=

Compensación reactiva: resonancias

57

¿Qué es el factor de potencia?

Factor de Potencia de

Desplazamiento (DPF φφφφ)• Una carga resistiva pura tiene un

factor de potencia del 100 %

• El cos Phi o DPF es igual al coseno de desfase entre V e I

• Una potencia reactiva mayor significa un cos Phi o DPF menor

• El cos Phi o DPF solo tiene en cuenta la frecuencia fundamental, no los armónicos

• Un FP bajo restringe la capacidad del sistema, puede provocar caídas de tensión y sobrecalentamiento

Una potencia reactiva mayor implica que se requiere una mayor

capacidad del sistema (VA) de la instalación

Potencia aparente(VA)

Potencia real o activa (vatios)

Potencia reactiva

(VAR)


Rev. 9 - 2015



Diagnóstico y capacidades de resolución de problemas• Resolución de problemas en tiempo real:

Analice las tendencias con los cursores y la función zoom. Obtenga tendencias de kWh, armónicos, desequilibrio, factor de potencia, pico de consumo automáticamente.

• Registrador:Configure para cualquier condición de prueba con memoria de hasta 600 parámetros a intervalos definidos por el usuario.

• Monitor del sistema:Diez parámetros de calidad de potencia en una sola pantalla, de acuerdo con la norma de calidad de energía eléctrica EN50160.

• Modo transitorio automático:Capture datos de forma de onda de 200 kHz en todas las fases simultáneamente hasta 6 kV.

• Captura de datos PowerWave:Capture rápidamente datos RMS de medio ciclo y formas de onda para caracterizar las dinámicas de los sistemas eléctricos (arranques de generadores, conmutación de SAI).

• Capture formas de onda:Capture 120 ciclos (60 Hz) de cada evento que se detecte en todos los modos, sin configuración.

59

Analizador de calidad eléctrica Fluke 435

Fácil de usarCargue la batería e instale el software

La más alta categoría de seguridadConforme a 600 V CAT IV/1000 V CAT III para su uso en la entrada de servicio.

Gráficos e informescon el software incluido


Potencia contratada: ¿Sobredimensionada?


A nivel de factura eléctrica los usuarios no solo tienen que pagar por la energíaconsumida medida en kWh, sino también por la potencia contratada medida enkW.

Este último, es un término fijo,independiente de que tengamos o notengamos equipos conectadosconsumiendo energía y define eldimensionamiento de la instalación porparte de la compañía eléctrica (tamaño dela protección, sección del cableado, etc.):

Recientemente se ha producido una variación en el coste de la potenciacontratada, incrementándose en febrero de 2.97 Euros por kW a 3.503 Euros elkW y mes, lo cual representa un incremento del 17.94%. (BOE 1-02-2014).

Rev. 9 - 2015



Potencia contratada: ¿Sobredimensionada?


Esta noticia nos debería generar ciertas preguntas: ¿Cuál es la potencia quedemanda mi instalación?, ¿está adecuada mi potencia contratada a la potenciaque demandan mis cargas?.

Si la respuesta a la segunda pregunta implica que existe unsobredimensionamiento excesivo de la potencia contratada con la potenciarequerida, esto implica una oportunidad clara de ahorro.

Los analizadores de energía como el Fluke1730, gracias a sus funciones de medidade tensiones, corrientes, potencias yenergía y a su capacidad para realizarregistros de larga duración, podemosdeterminar con gran precisión cuál es lapotencia que necesitamos contratar.

• El pico de demanda determina cómo el tamaño del “conducto de electricidad” debe suministrar la energía necesaria para las instalaciones

• El pico de demanda es la lectura en kW mayor de varias mediciones consecutivas cada 15 minutos (la técnica varía dependiendo del proveedor).

• Para algunos grandes consumidores, la empresa eléctrica incluye un cargo por demanda a fin de cubrir el costo de invertir en los equipos necesarios para suministrar la energía.

KW continuos

Kw promedio en 15 minutos

15 min 15 min 15 min 15 min


Penalización por pico de demanda

Rev. 9 - 2015



64

Caso práctico: hornos funcionando en horas pico de demanda

12h10h8h6h4h2h0h22h20h18h16h

150

100

50

0

Primera hora: pico de 130 kWPenalización mensual

posible de $1950

This image cannot currently be displayed.

17horas: pico de 34 kWPenalización mensual

posible de $510

Objetivo:• Optimizar la demanda y el consumo de

energía en comparación con el programa tarifario de la compañía eléctrica

Método de medición:• Registre un ciclo operativo completo para

obtener un perfil de demanda completo.• Conozca el programa tarifario/comprenda

como factura la compañía eléctrica.• Desarrolle un plan de administración de

carga para prevenir que las grandes cargas alcancen el pico durante las horas en las que las tarifas son más altas.


66

El desaprovechamiento sucede en la transferencia de energía entre las cargas, en el cableado: Pérdidas de I 2R• Primera ley de Joule• El calor producido (Q) en el conductor que transporta

corriente eléctrica es proporcional al cuadrado de la corriente (I) multiplicado por la resistencia (R) del conductor durante un tiempo (t)

• A medida que la resistencia del conductor aumenta debido a la longitud del conductor, el diámetro general o resistividad, también aumentará el calor generado

• ¡Se puede medir de manera automática con el Fluke 435-II!

� � �2��

Principios de medición de energía ©2013 Fluke Corporation. No está permitido modificar ni reproducir este documento sin la autorización por escrito de Fluke Corporation.

R �

�Dónde,R = Resistenciaρ = ResistividadL = LongitudA = Área

Pérdidas I 2R en el cableado

Rev. 9 - 2015



67

Los armónicos de corriente generados por los variadores de velocidad delmotor, las corrientes y tensiones de desequilibrio o el tamaño inadecuado delcableado puede ocasionar un incremento en las pérdidas de energía a lo largode los cables que alimentan el variador de velocidad del motor en forma demás calor, que puede dañar la instalación y aumentar la factura de electricidad.

Pérdidas I 2R en el cableado

Dónde medir, con el Fluke 435-II

Variador de velocidad del motor

Motor CargaConmutador de desconexión

T1

T2

T3

L1

L2

L3

L1

L2

L3


Varios modos de medir la potencia:

• Potencia Clásica

• Potencia IEEE 1459-2010

• Potencia unificada

Medida de Potencia

Rev. 9 - 2015



• Originalmente, los métodos de cálculo de la potencia y energía fueron desarrollados por Steinmetz (1897).

• La norma IEEE1459-2010 – Establece las definiciones para la medida de parámetros eléctricos para la medida de la potencia – se convierte en la norma en la Industria.

– También incluye las pérdidas de energía debido a armónicos y desequilibrios – medidas por todo el mundo, incluyendo el 430 Serie I

• En los últimos 10 años los clientes industriales quieren saber más acerca de:

– Calidad eléctrica deficiente debido a pérdidas de productividad

• En los últimos 5 años – los clientes demandan saber más acerca de:

– Los consumos de Energía

Steinmetz

¿Cuál es el coste actual deuna Calidad Eléctricadeficiente?

Medida de Potencia. Historia

Tres fases:

Activa: PT = PA + PB + PC

Reactiva QT = QA + QB + QC

Aparente: ST = SA + SB + SC (aritmética)ST = √(PT

2 + QT2) (vector)

Una potencia reactiva mayor implica que se requiere una mayor potencia por parte

del generador e instalación (VA)

Potencia Reactiva

(VAR)

Potencia Aparente

(VA)

Potencia activa(Watios)

Potencia Clásica (Steinmetz 1897)

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La Potencia Clásica funciona bien si :

• El sistema es senoidal– El contenido de armónicos es despreciable

• El desequilibrio es despreciable

– Desequilibrio por amplitud– Desequilibrio por desfase

Potencia Clásica (Steinmetz 1897)

Pero, ¿qué sucede si los armónicos y desequilibrios no son despreciables?

Intentos de ampliar o corregir la Potencia Clásica:

• Buchholz (1922)

• Budeanu (1927)

• Fryze (1932)

• Depenbrock (1960)

• Otros

Medida de Potencia

Rev. 9 - 2015



¿Cómo medir las diferencias con la forma de onda ideal?

Forma de onda distorsionada Senoide ideal

Medida de los armónicos, THD

FORMAS DE ONDA

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 5 10 15 20

TIEMPO

V (

RM

S) 50 Hz

150 Hz

350 Hz

Suma

Descomposición Serie de Fourier


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Toda función periódica se puede descomponer como suma de formas de onda senoidales, cuyas frecuencias son múltiplos enteros de la frecuencia de la señal analizada.

Componente fundamental . La forma de onda senoidal cuya frecuencia coincide con la de la señal analizada.

Componentes armónicas. Las formas de onda senoidales resultantes con frecuencias múltiplos enteros de la frecuencia fundamental.

Jean-Baptiste-Joseph Fourier (21 de marzo 1768 Auxerre – 16 mayo1830 París), matemático y físico francés conocido por sus trabajossobre la descomposición de funciones periódicas en seriestrigonometricas convergentes llamadas series de Fourier.



76

Pérdidas asociadas a los armónicos

• En un sistema normal de energía de CA, la tensión varía sinusoidalmente.

• Con cargas no lineales, como los rectificadores e interruptores, el consumo de corriente no es necesariamente sinusoidal.

• La forma de onda es, por lo tanto, compleja.

• La forma de onda compleja se puede descomponer en componentes sinusoidales individuales.

• Estos componentes armónicos afectan los motores, los transformadores, el cableado y demás componentes eléctricos.


Rev. 9 - 2015



1 32 4Ordenarmónico

6...

Am

plitu

d

5

Fourier

Tbase=20 ms fbase=50 Hz Componentes senoidalesde frecuencia k•50

Señal no senoidal

C1 C3C2 C4 C5




• Los armónicos se caracterizan por su orden, su frecuencia, su secuencia y su fase

• La fase de un armónico se puede dar con respecto a la fase de la componente fundamental de la tensión, o a la fase del armónico de tensión correspondiente (depende del equipo de medida)

• En las instalaciones eléctricas generalmente no hay armónicos pares. Estos armónicos aparecen cuando en la forma de onda no hay antisimetría (simetría invertida entre los dos semiciclos de la señal)

Orden 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Frecuencia (Hz) 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Secuencia + - 0 + - 0 + - 0


Rev. 9 - 2015



Enseñanza de la secuencia: armónicos

• Al movimiento sinusoidal también se lo llama “oscilación armónica”.• Una señal con dos armónicos, obviamente, no dará “dos valores”

cuando se la mida.• El medidor “ve” el resultado final total (añadido) de la

señal (forma de onda), como puede verse en el color anaranjado.

• Normalmente, tenemos una señal“sucia” en nuestras entradas...

• …por lo tanto ¿qué armónicos contiene?

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161 171 181 191 201Volt

50Hz

150Hz

Totaal

• ¿Qué armónicos están “ocultos” en esta señal?-400,0

-300,0

-200,0

-100,0

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

1 23 45 67 89 111 133 155 177 199 221 243 265 287 309 331 353

Stroom

Stroom

-400,0

-300,0

-200,0

-100,0

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

1 23 45 67 89 111 133 155 177 199 221 243 265 287 309 331 353

Current

1e

3e

5e

7e

• La misma señal con TODOS los armónicos en una sola vista

Orden de armónicos

Vista en un histograma


Amplitud relativa (Uh) de cada armónico con relación a la tensiónfundamental (U1)

Valor rms de cada armónico

Distorsión armónica total1

40

2h

2h

U

UTHD

∑==

Factor de Distorsión TotalRMS

hh

U

U

FD∑

==

40

2

2

EVALUACION

Globalmente

Individualmente

Con Uh el valor rms correspondiente al armónico h

Tensión senoidal cuya frecuencia es un múltiplo entero de la frecuencia fundamental de la tensión de alimentación

Tensión armónica


Rev. 9 - 2015



81

¿Por qué debemos preocuparnos de las ineficiencias asociadas a los armónicos?

Los analizadores de calidad eléctrica muestran un gráfico del espectro de los componentes armónicos presentes en un sistema, pero el gráfico por sí solo no cuantifica la cantidad de energía desperdiciada por los armónicos.

Los armónicos causan:

• Energía inutilizable, que proviene de la compañía eléctrica, pero no se convierte en trabajo real utilizable normalmente..

• Corrientes elevadas en los conductores de neutro.

• Calentamiento de motores y transformadores, lo que disminuye la eficiencia y la vida útil.

• Reducción en la eficiencia de los transformadores o necesidad de unidades mayores para soportar los armónicos.


Grado de desequilibro y simetríaI1

I2

I3

V1

V2

V3

Medida de los desequilibrios

Rev. 9 - 2015



L2L1 L3

120º

120º

50 Hz

120º

- Distinta amplitud

- Desfase distinto de 120º eléctricos

Tensiones desequilibradas

UUUUL1L1L1L1

UUUUL2L2L2L2

UUUUL3L3L3L3L3

L1


120º

120º

50 Hz

120º

UUUUL1L1L1L1

UUUUL2L2L2L2

UUUUL3L3L3L3

130º

110º

50 Hz

120º

UUUUL1L1L1L1

UUUUL2L2L2L2

UUUUL3L3L3L3

Sistema desequilibradoSistema equilibrado


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120°

120°

120°

A

BB

El desequilibrio es la medición del grado de la diferencia entre las tensiones de fase.

El desequilibrio de la tensión provoca fatiga sobre las cargas trifásicas, lo que conduce a un consumo deficiente y a una falla eventual del dispositivo.


Pérdidas asociadas a los desequilibrios

Enseñanza de la secuencia: Desequilibrio

En un sistema de energía sinusoidal balanceado, las tensiones de cada fase a neutro son iguales en tamaño y difieren 120 grados en fase.

• Cualquier diferencia que ocurra en el tamaño de la tensión o un cambio de fase lejos de los 120 grados, ocasiona un desequilibrio en el sistema

Sistema balanceado Sistema desequilibrado

Va

Va

Va Va Va

Va

Dos definiciones

1) NEMA (Asociación Nacional de Fabricantes de Artículos Eléctricos de EE. UU.) utiliza la ecuación siguiente. ¡Las tensiones de fase a neutro no se utilizan aquí!

2) Teoría IEC de componentes simétricos. Divide un sistema desequilibrado en tres sistemas balanceados como se muestra a continuación.


Rev. 9 - 2015



Grado de desequilibro y simetría

¿Cómo medir el desequilibrio de una instalación? ¿qué parámetros se deben MEDIR?

+ +

Secuencia positiva(L1 – L2 – L3)

Secuencia cero(L1=L2=L3)

Secuencia negativa(L1 – L3 – L2)


Grado de desequilibrio ==pos

negd U

Uδ

+ +Udir

Uinv U0

Grado de asimetría ==pos

ceroa U

Uδ


Grado de desequilibro y simetría

Rev. 9 - 2015




ROI de corregir el desequilibrio de tensión en un motor1. Utilice un analizador de calidad de energía

trifásica para determinar la cantidad de desequilibrio de tensión

2. (Por ejemplo: 93% en comparación con 94.4 nominal)

3. Calcular el desaprovechamiento de desequilibrio: 9.517 kWh

4. (Hsp x vatios/hsp x tiempo de ejecución x % de diferencia)

5. Calcular el costo:

6. A 0,10 Euros por kWh, ahorros anuales = 952 Euros/año

90

Ejercicio práctico: Calcular desaprovechamiento


Rev. 9 - 2015



Pero, ¿qué sucede si los armónicos y desequilibrios no son despreciables?

P(t) = V(t) * I(t)

V = V fundamental + V armónicas

V fundamental = V sec pos + V sec nega + V sec cero

I = I fundamental + I armónicas

I fundamental = I sec pos + I sec nega + I sec cero

P = (V sec pos + V sec nega + V sec cero + V armónicas)*(I sec

pos + I sec nega + I sec cero + IV armónicas) =

Medida de Potencia

Originalmente publicada en 2000 :

Presidente: A.E. EmanuelActualizado: 2010

Proyecto de Definicionesestándar para la Medida delas variables de PotenciaEléctrica bajo situacionesde redes senoidales, nosenoidales, equilibradas odesequilibradas

Potencia IEEE 1459-2010

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• Ventajas:– Completa– Matemáticamente correcta

• Desventajas:– Muchos parámetros– El significado físico no siempre es claro– Utiliza un sistema sustitutorio virtual para los

desequilibrios

• Demasiado académico para un uso práctico

Potencia IEEE 1459-2010

• Desarrollada por los profesores Vicente León y JoaquínMontañana de la Universidad Politécnica de Valencia

• Unifica varias teorías de potencia.(el resultado es compatible con otras teorías p.e. IEEE-1459)

• Descompone la Potencia total en componentes físicassignificativas (medibles con instrumentos físicos)

• Proporciona una visión directa de los problemas depérdida de energía

• Proporciona una visión directa en problemas dedesequilibrios y armónicos

• Más adecuada para Ingenieros y Técnicos

Potencia Unificada

Rev. 9 - 2015



Descomposición de la potencia total:

u(t) = u+(t) + uU(t) + uH(t)

i(t) = i+(t) + iR(t) + iU(t) + iH(t)

p(t) = u(t).i(t) = pE(t) + pR(t) + pU(t) + pH(t)

activa reactiva desequilibrio armónica

Potencia Unificada

Aspectos básicos de la potencia unificada:

• 1 Ф: Solamente la componente fundamental transporta potencia útil.

• 3 Ф: Solamente la componente de secuencia positiva transporta potencia útil.

• Solamente la reactiva fundamental es de interés.

• Todas las componentes armónicas se agrupan como potencia armónica PH y se considera como no deseada (pérdidas).

• Totas las componentes desequilibradas se agrupan como potencia de desequilibrio PU y se considera como no deseada (pérdidas).

Potencia Unificada

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Potencia Clásica: - sencilla pero limitada- compacta- familiar

Potencia IEEE : - completa- extensa- difícil de comprender

Potencia Unificada: - orientada a la aplicación- razonablemente compacta- ofrece diagnóstico

Medida Potencia. Resumen

Calculadora de Pérdidas de Energía


Rev. 9 - 2015



Opciones de calculadora automática

100

Con un Analizador de calidad eléctrica Fluke 435, usted puede medir y calcular el consumo y el desaprovechamiento simultáneamente.

Incluso puede cuantificar cuánto desaprovechamiento proviene de cada uno de los factores que hemos revisado, gracias a un algoritmo patentado conocido como Potencia Unificada. Desglose de potencia total

Tensión: u(t) = u+(t) + uU(t) + uH(t)Corriente: i(t) = i+(t) + iR(t) + iU(t) + iH(t)Potencia: p(t) = u(t).i(t) = pE(t) + pR(t) + pU(t) + pH(t)

Efectivo (Activo)

Reactivo Desequilibrio Armónico

Dónde;Sub U = DesequilibrioSub H = ArmónicosSub R = ReactivoSub E = Efectivo


• Para el cálculo de las pérdidas resistivasse puede introducir la longitud delcableado así como su sección.

• Se pueden introducir hasta cuatro tarifashorarias diferentes a lo largo del día.

• Las pérdidas en la instalación semuestran en diferentes apartados:resistivas, reactivas, armónicos,desequilibrio y neutro.

Calculadora de Pérdidas de Energía

Rev. 9 - 2015



La calculadora de pérdida de energía de Fluke

Identifica, cuantifica y monetiza las pérdidas de e nergía globales, incluyendo los armónicos, el desequilibrio, el factor de poten cia y el cableado

Potencia activa

Potencia reactiva

Potencia asociada al desequilibrio

Potencia asociada a los armónicos

Corriente del neutro.

Costes económicos asociados a las pérdidas en los cables.


Estos cinco valores son directamente calculados de acuerdo a IEEE 1459.

Información proporcionada

Rev. 9 - 2015



• Estos valores se generan a partir del método de Potencia Unificada para descubrir las pérdidas de energía en el sistema.

• El método de cálculo utilizado está patentado por Fluke.

Información proporcionada



Potencia activa

Potencia reactiva




Costes económicos asociados a las pérdidas en los cables.


Rev. 9 - 2015



Fluke 435 SII. Calculadora de Pérdidas de Energía

• Para el cálculo de las pérdidas resistivas se puedeintroducir la longitud del cableado así como susección o utilizar el modo automático

• Se pueden introducir hasta cuatro tarifas horariasdiferentes a lo largo del día.

• Las pérdidas en la instalación se muestran endiferentes apartados: resistivas, reactivas,armónicos, desequilibrio y neutro.

Subestación en un parque industrial

12.000 Euros de ahorro energético anual gracias a a justes en la calidad eléctrica• Las medias realizadas en el transformador de la

subestación que alimenta al parque industrial revelaron unas pérdidas de energía de 353.6 kWh/día (valor promedio) debido a potencia reactiva.

• Solución: Instalar relés de control para desconectar elementos de la batería de condensadores durante la noche.

Planta de automóviles42.000 Euros anuales de ahorros en energía• Inspecciones en seis áreas clave como motores, y

montaje mostraron unas pérdidas de energía significativas debido a problemas de calidad eléctrica.

• Solución: Actualizar el transformador e instalar condensadores y sistemas de regulación.

Ejemplo de grandes consumidores


Rev. 9 - 2015



1 Ohm

1 Ohm

1 Ohm

L1

L2

L3

N

Sencillo ejemplo de pérdidas en un sistema senoidal desequilibrado

1 Ohm

L1

L2

L3

N

1 Ohm 1 Ohm

Corriente por fase = 230 V / 1 Ohm = 230 APérdidas por fase = PL1 = PL2 = PL3 = I2*R = 2302*R = 52.900*RCorriente por el neutro = 0 (cargas lineales equilibradas) Kirchhoff law. � PN = 0Pérdidas totales en los cables =PT Unb = PL1+ PL2 + PL3 + PN = PT Bal = 3 * (I2*R) = 3 * (2302*R) =

158.700*R

Corriente L1: 230 V / (1/3 Ohm) = 690 ACorriente fase L2 y L3 = 0 ACorriente N = 690 APL1 = P = IL1

2*R = 6902*R = 476.100*RPL2 = P = IL2

2*R = 0PL3 = P = IL2

2*R = 0PN = P = IN2*R = 6902*R = 476.100*RPT Unb = PL1+ PL2 + PL3 + PN = 2*476.100*R = 952.200*R

� PT Unb / PT Bal = 952.200*R / 158.700*R = 6 Las pérdidas en el s. desequilibrado son 6 veces su periores a las del s. equilibrado

A) V e I equilibradas A) I desequilibradas



111


Kilovatios (potencia)útiles disponibles

Potencia reactiva (inutilizable)



Costo total de kilovatios derrochados en horas por año


La longitud y el diámetro del cable se factorizanen los desaprovechamientos anteriores


Rev. 9 - 2015




Subsistema de procesos de producción



Subsistema eléctrico

Distribución eléctrica trifásica (Redes de electricidad)

Facturación de servicios públicos

Infraestructurade distribución eléctrica Ventilación,

calefacción, enfriamiento

Cerramientos Iluminación

Subsistema de procesos de producción

114

Sistemas del proceso de producción



Rev. 9 - 2015



PQ

Cargas electro-mecánicas

115

Resistencia de aislación y desequilibrio

Temp y vibraciones

Temp


Aspecto Mediciones

Especificaciones mecánicas

Vibraciones, temperatura

Aplicaciones eléctricas

Desequilibrio de tensión, desequilibrio de corriente, factor de potencia

Mantenimiento Conexión a tierra, conexiones, resistencia de aislación

Mediciones electro-mecánicas

116

Sugerencias de priorización1. Investigar y documentar cuántos motores, de qué edad,

potencias y clasificación

2. Documentar qué cargas tienen variadores de velocidad o simplemente un arranque directo

3. Identificar las cargas de mayor potencia y más críticas


Rev. 9 - 2015



Causas de sobrecalentamiento mecánico• Enfriamiento deficiente debido a un menor

flujo de aire• Problemas de cojinetes: lubricación,

desgaste, tolerancia• Alineación deficiente• Aplicaciones eléctricas

Inspección térmica en 5 puntos1. Bobinado y patrón térmico general2. Caja de terminaciones/caja de conexiones

abierta, todos los componentes eléctricos*3. Acopladores/eje/cintas transportadoras4. Rodamientos, cuando no están ocultos por

las cubiertas o ventiladores (en el extremo de transmisión o en el opuesto)

5. Ventilador de enfriamiento por convección, si lo hay

* con seguridad eléctrica apropiada

Costo de sobrecalentamiento del motor

Aumento sobre la clasificación de

temperatura máxima

Reducción de la vida del aislamiento

+10°C (18°F) -50%

+20°C (36°F) -75%

+30°C (54°F) -88%

Medición de la temperatura


119

Una nueva opción:Termómetro Visual Infrarrojo

Capacidades del Fluke VT02• La conveniencia de un termómetro infrarrojo con la

ventaja visual de una cámara termográfica.

• Facilita encontrar puntos calientes y fríos mientras examina la superficie

• Combina las imágenes infrarrojas y digitales.


Rev. 9 - 2015



Costos de servicios electro-mecánicos

120

Los parámetros clave para los ahorros de energía electro-mecánica: kWh, pico de consumo• Los problemas como un factor de potencia o armónicos

son importantes, pero pueden requerir de una solución de ingeniería

Metodología: Registrar equipos grandes a cargas representativas sobre un ciclo operativo completo (generalmente 1 semana)• Calcular el consumo y costo de una unidad específica

• Hacer un mapa del consumo contra la factura de servicios

• Identificar cualquier mejora de la eficiencia de la unidad

– Mantenimiento

– Actualización

– Controles

• Identificar cualquier posible cambio operacional que pueda aprovechar tarifas de servicios más baratas


Utilice la calculadora de pérdida de energía para cuantificar el efecto de problemas electro-mecánicos comunes y luego tomar medidas correctivas basadas en ROI

• Conexiones de alta resistencia

• Sobrecarga o corriente excesiva

• Desequilibrio de fase

• Tensión irregular

• Armónicos

Calcular el desaprovechamiento electro-mecánico


Rev. 9 - 2015



122

Desaprovechamiento de fricción electro-mecánica

Las ineficiencias basadas en la fricción en el equi po electromecánico = desaprovechamiento de energía• Alineación: En el tren motriz del motor, es en donde la línea central del pozo de dos

ejes acoplados coincide

• Cojinetes: Operando con una eficiencia reducida

• Desequilibrio: Ocurre cuando el centro de masa no está centrado, "punto pesado"

• Holgura: Espacio excesivo entre las partes o montajes que necesita apriete


Punto en el cual empieza a surgir la falla

Cambios en las vibraciones; intervalo de P-F de 1 a 9 meses

Fragmentos por desgaste en aceite; intervalo de P-F de 1 a 6 meses

Termografía infrarroja intervalo P-F, 3-12 semanas

Mant. preventivo cuantitativo; intervalo de P-F de 5 a 8 semanas

Ruido audible P-F, intervalo 1-4 semanas

Calor por contacto, curva P-F, intervalo 1 a 5 semanas

V

P P1 P2

P3P4

P5

P6

P = Falla potencial

F = Falla real

Përdidas por fricción: Análisis térmico en comparación con vibraciones


Rev. 9 - 2015



Pérdidas por fricción: Análisis térmico en comparación con vibraciones


Rodamientos de alta eficiencia

Los rodamientos energéticamenteeficientes representan una clase derodamientos de fricción ultra-baja yrendimiento superior, lo que implicauna reducción de alrededor del 30%de la fricción en comparación conotros rodamientos estándar.

Pérdidas por fricción: Análisis térmico en comparación con vibraciones


Rodamientos de alta eficiencia

Las mejoras de diseño pueden afectar al acabadode la superficie, jaulas especiales, lubricación amedida y optimización de las geometrías internas.Una menor fricción implica una menor temperaturade trabajo pudiendo operar a velocidades mayoresque los rodamientos ISO

La reducción de temperatura puede ser de hasta 20°C en comparación con rodamientos estándar. Estoaumenta la vida útil de la grasa y prolonga la vidaútil del rodamiento.

Rev. 9 - 2015



126

Caso práctico: Costo del desequilibrio mecánico

Empresa: Industria de reciclaje de acero - Alemania

Aplicación: Ventilador impulsado por una correa para enfriamiento del proceso, 24/7

Pruebas:Fluke 810 detectó un desequilibrio moderado así como una mala alineación y desgaste de rodamiento

Reparación: Volver a equilibrar

Ahorro de energía

• Motor 350 kW funcionando a 80% de la potencia nominal.

• Potencia medida: ~280 kW

• Después de equilibrar, consumo eléctrico reducido en un 3%

• 8.4 kW de ahorro x 8760 = 73,584 kWh

• A 0.11 Euro / kWh, ahorros anuales: 73584 x 0.11 = 8,094 Euro


127

El mantenimiento predictivo y el mantenimiento basado en el estado de la máquina son cada vez más importantes

Análisis de aceiteUltrasonidos

VibraciónTest circuitos

motorTermografía

Ruido audible

Caliente al contacto

Fallo / Resolución problema

Pérdidas energéticas

Costes de reparación

Mantenimiento y Eficiencia energética

Rev. 9 - 2015



Detectar el desaprovechamiento con pruebas de vibración

128

Capacidades del comprobador de vibraciones Fluke 810• Diagnóstico a bordo y ubicación de fallas mecánicas:

– Cojinetes, holgura, desalineación, desequilibrio y otras (fallas no estándares)

• La escala de gravedad de fallas – Baja, moderada, grave y extrema

• Recomendaciones priorizadas de reparación• Los detalles de diagnóstico incluyen

– picos citados y espectro de vibraciones• Exportación de datos para un análisis más detallado• Almacenamiento y seguimiento de datos con el

software VIEWER incluido

1 2 3


Ejercicio práctico: Pruebas de vibración

129

Con el Comprobador de vibraciones Fluke 810 y Medidor de vibraciones 805Utilicemos un ventilador portátil pequeño de baterías para demostrar cómo la detección de vibraciones y el análisis pueden ayudar a detectar el desaprovechamiento de energía.


Rev. 9 - 2015



130

3 modos de alinear los ejes:Reglas son imprecisas y engañosasIndicadores de aguja son exactos, pero complicados y lleva mucho tiempoAlineamiento láser es extremadamente preciso, fácil de usar, relativamente rápido, y puede documentar los resultados

¿Qué es el alineamiento de ejes?

Alineamiento de ejes: en el punto de transferencia de potencia desde un eje a otro, las líneas axial de rotación de ambos ejes deben ser colineales cuando la máquina está funcionando bajo condiciones normales de operación

• Reduce el consumo de energía

• Menos fallos en los sellos, acoplamientos y rodamientos

• Temperaturas más bajas en rodamientos y acoplamientos

• Niveles de vibración más bajos – resultando en menos fallos mecánicos

• Menos problemas asociados a los ejes, no se aflojan los pernos de la base

• El 50% de los daños en máquinas rotatorias está directamente relacionado con

los problemas de alineamiento

• El alineamiento de los ejes reduce los costes de operación

Beneficios de un alineamiento de precisión

Energía

Daños en rodamientosVibración

Desgaste de sellos

Daños en acoplamientos

Otros

Consecuencias de un mal alineamiento

Rev. 9 - 2015



Beneficios de un alineamiento de precisión

Los acoplamientos flexibles no solucionan el problema de alineamiento – siguen

existiendo cargas elevadas en los ejes

Los 4 parámetros del alineamiento

Ángulo vertical

Desplazamiento vertical

Ángulo horizontal

Desplazamiento horizontal

Una vez se detecta un problema dealineamiento, se recomienda su correcciónen la base del motor: desplazarhorizontalmente y calzar verticalmente

Rev. 9 - 2015



Haz láser único : sistema óptico láser de auto-colimación es menos susceptible al contragolpe => un error menor implica mayor precisión y mayor repetibilidadDiseño robusto : ergonómico, robusto, y protegido contra el polvo y el aguaLa mejor repetibilidad en su clase : láser único patentado, piezas fabricadas con precisión y elementos de fijación de alta calidad, junto con calibraciones de laboratorio extremadamente precisas que dan mayor confianza en los resultados de medidaCom. inalámbrica: la comunicación Bluetooth elimina la necesidad de cables de comunicación ahorrando tiempoBatería integrada: recargable de ion-litio para un alarga autonomía

Fluke 830 características principales y beneficios

Intuitivo interface de usuario guiado: elimina el tener que adivinar, aumenta la precisión

1 2 3

Muchas herramientas son sencillas pero toma tiempo el volver a aprender lo

que significan los números - se necesitan respuestas

3 sencillos pasos: le conducirán a lo largo del proceso (como el Fluke 810)

1.Configuración – paso a paso para introducir las dimensiones de la máquina

(guardadas de la última vez)

2.Medida – el barrido comienza cuando los ejes giran - toma lecturas de 3

sectores cuando el indicador verde se muestra en la pantalla.

3.Diagnóstico – proporciona los números de corrección actuales: utilizar galgas

de precisión para ahorrar tiempo y obtener un alineamiento de precisión cada

vez


Rev. 9 - 2015



3. Modo de medición con inclinómetro: permite medidas flexibles, confiables y

repetibles utilizando un inclinómetro electrónico.

El modo en tiempo real le ayuda con información inmediata de las correcciones

mientras mueve la base. No hay pasos adicionales necesarios para tomar las lecturas.

Respuestas NO solo datos: Cualquier herramienta puede proporcionar números –

incluso los indicadores de aguja, pero se necesitan respuestas para alinear la máquina de

forma rápida y lograr que vuelva a su pleno rendimiento.

La pantalla de resultados “todo en uno” muestra tanto los resultados de acoplamiento

como las correcciones de la base (vertical y horizontal)

4 Verificación dinámica de la máquina: proporciona una evaluación continua de los

ajustes a lineamiento para saber cuando la máquina está en un estado aceptable. La

escala de severidad de 4 colores informa de cuando el alineamiento es aceptable –

Verde = alineado, Amarillo = aceptable, Naranja = fuera de tolerancia, Rojo = falta de

alineamiento extremo.


2X

Fluke 830. Herramienta de alineamiento Solución completa

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Fuentes principales de pérdidas: Sobreproducción debido a una distribución y uso ineficientes (fugas)

Ineficiencias comunes• Fugas, bloqueos, fallas• Desalineación del sensor• Patrones de consumo

Fuentes principales de fugas: • Fugas en mangueras, conexiones,

herramientas, etc.• Falla mecánica de las válvulas, cilindros, etc.• Sistemas de recolección de condensado y

reguladores de presión• Puntos de purga y drenaje

Subsistemas del proceso: aire comprimido

138

Panel

Compresor

Tubos y válvulas

Herramientas neumáticas

Registre Salida de presión Fugas Caída de

presión


139

Válvula de aire

Ausencia de sellador de

tuberías

Desconexiones rápidas y regulador deficiente

Válvula de aire

Ausencia de sellador de

tuberías

Sistemas de compresión de aire: puntos de desaprovechamiento


Rev. 9 - 2015



Flujo de energía en un compresor

Energía eléctrica 100% Energía en forma de

aire comprimido: 5%

Energía perdida por el enfriamiento: 75%

Otras pérdidas de energía (ruido, radiación, fricción, etc.) 20%

140

Ineficiencias del aire comprimido

• Solo 5% del total de energía consumida por los compresores se convierte en aire comprimido. El 95% restante se transforma en pérdida mecánica, de calor, de ruido, etc.

– Entre 20 a 30% de la salida de un compresor con frecuencia se pierde por medio de pérdida de aire

• En las fábricas con dispositivos neumáticos, aire comprimido = 10% de la factura total de energía.

• Las facturas eléctricas se pueden reducir en 20% a 40% al detectar y sellar pérdidas de aire


Mediciones de aire comprimido

141

Unidad Mediciones

Cámaras Tanque, línea, válvula, sello,

cabezal del compresor

Aplicaciones

eléctricas

Tensión, corriente, kW,

factor de potencia

Presión,

diferencial

Entradas, separador, etapas internas,

componentes transversales

Flujo de aire Consumo de aire durante la operación

en comparación con la carga principal

durante la falta de producción


Rev. 9 - 2015



Cómo cuantificar el desaprovechamiento

1. Registre el consumo de energía a carga completa durante un ciclo de producción completo, cuantifique el costo total e identifique las horas operativas innecesarias

2. Determine los requisitos de la demanda

3. Verifique el diferencial de presión en el compresor en comparación con la demanda

4. Utilice un comprobador ultrasónico para explorar en busca de filtraciones de aire

Objetivo de ahorros1. Determinar el nivel de presión mínimo

requerido para operar el equipo. 2. Eliminar la caída de presión excesiva

a través de los bancos de filtros u otros componentes que ocasionarán un consumo de energía mayor que la normal.

Cuantificar el desaprovechamiento de aire comprimido


"Se identificaron 36 fugas en solo una parte de la instalación, siguiendo las indicaciones de nivel de ruido.

Recomendación: Realice la verificación de fugas completa durante las horas que no son de producción".

Instale solenoides para apagar el aire cuando las máquinas están apagadas:

Ahorros anuales de $7,100, después de

un costo de configuración de $2,500.

Reparar 36 fugas:

Ahorros anuales de $4,800.

Apagado del compresor durante el

fin de semana:

Ahorro anual de $32,700.

Instale filtros en el sistema:

Ahorros anuales de $6,000, después de

un gasto único de $6,000

Caso práctico: Ahorros en aire comprimido


Rev. 9 - 2015



Fuente: DOE

Ecuación de costo(bhp x 0.746 x horas de operación x $/kWh x % tiempo de ejecución x % carga total bhp), eficiencia del motor

SituaciónUna instalación tiene un compresor de 200-hp que requiere 215 bhh y opera por 6800 horas al año. Está cargado totalmente 85% del tiempo (eficiencia del motor = .95)

Determine• Costo con carga total = • Costo con carga total = • Costo de energía anual =

Ejercicio práctico de costos: Aire comprimido


ULD-300 Amprobesonda de amp: detector ultrasónico de fugasHerramienta de nivel de entrada para llevar a cabo pruebas de fugas en tubos presurizados

DMM de registro de Fluke 289 + Módulo de presión PV 350:Mida y registre el diferencial de presión y reduzca los sistemas de aire comprimido.

Registrador de potencia Fluke 1735Registre el consumo de energía por compresor de aire durante un ciclo completo. Determine el costo para operar e identifique discrepancias entre la actividad y la demanda

Herramientas para identificar y cuantificar el desaprovechamiento


Rev. 9 - 2015



Calefacción/caldera

Subsistema del proceso: calor de vapor

146

Puntos de medición por unidad Aislación, tubo/líneas, válvulas, trampas, sellos

Agua

Registre

Gas

Caldera

Eléctrica

Bomba VFD

Radiador

Trampa de vapor

Retorno de condensación


¿Por qué debería importarme?De acuerdo con el Departamento de Energía de EE. UU., más del 45% de todo el combustible quemado por los fabricantes de EE. UU. se consume para generar vapor.

¿Oportunidades de ahorros?Las mejoras del sistema de vapor pueden ahorrar 11% en costos de combustible en una instalación industrial normal.

La eficiencia depende de:

• Eficiencia del equipo• Cantidad de pérdidas de

distribución paradas• Eliminación del

condensado

Puntos de inspección: • Equipo • Pérdidas pendientes • Fugas en conductos• Fugas de aire de

cerramiento• Pérdidas conductivas de

cerramiento

Inspección del sistema de vapor/caldera


Rev. 9 - 2015



Unidad Mediciones

Caldera Temperatura, corriente, tensión, flujo de agua

Panel de alimentación eléctrica Tensión, corriente, kW, factor de potencia

VFD o controlador Corriente, tensión

Bombas y variadores de velocidad de motores

Temperatura y diferencial de temperatura,

corriente, tensión, flujo de agua

Tuberías (distribución), trampas de vapor

Temperatura o diferencial de temperatura

Bombas auxiliares Temperatura, corriente, tensión, flujo de agua

Grifos Temperatura

Equipo de producción Temperatura del agua, vapor o líquido, presión

Mediciones del sistema de vapor/caldera


Separaciones en la aislación de la caldera

Problemas de la válvula y aislación

Válvulas de la caldera sin aislación

Normal

Defectuosa

Identificación del desaprovechamiento del aislamiento de vapor/caldera


Rev. 9 - 2015



Cuantificar la pérdidas de calor debido a una aislación deficiente

150

Para los grandes sistemas de tubería: ¿Cuántos metros o lugares con tubería sin aislación existen en la planta?• Pérdida de calor en una superficie aislada

con una temperatura de 40° C, diámetro de la tubería 50 mm grosor del aislación 30 mm: W(1m)=53 W

• La pérdidas de calor en una superficie sin aislación, temperatura de la superficie de 1 m de largo 80° C, diámetro de la tubería 50 mm:

W(1m)=132 W, ¡2,5 veces más que con aislación¡

• La pérdida de calor en una superficie sin aislación, temperatura de la superficie de 1 m de largo 150° C, diámetro de la tubería 50 mm:

W(1m)=373 W¡7 veces más que con aislación!

Funcionamiento• La pérdida de calor se calcula con base

a la tercer ley de Newton de enfriamiento

• La pérdida de calor es una combinación de pérdidas de radiación y convección

• Las pérdidas de temperatura de superficie se pueden calcular utilizando

Dónde:– ts = temperatura de superficie

– ta = temp ambiente

– ε = emisividad del cuerpo

– σ = Stephen-Boltzmann constante, 5,67*10-8 W·m-2·K-4


Caso práctico: desaprovechamiento de vapor

151

Descubrimientos

de la inspección:

• 6 trampas

con falla

• Costo de

reemplazo por

trampa: $500

• Ahorros por

trampa: $3,200

Ahorros totales:

$16,200


Rev. 9 - 2015



Cámara termográfica Fluke Ti125:Inspeccione el sistema de caldera y tuberías para ver si hay separaciones en la aislación, bloqueos y fugas

Analizador de vibraciones Fluke 810Detecte y diagnostique las ineficiencias mecánicas

Registrador de energíaFluke 1730Registrar el suministro de energía a la caldera para cuantificar el consumo

Herramientas para identificar y cuantificar el desaprovechamiento


La eficiencia energética implica muchasveces la automatización de losprocesos. Esto supone el uso de cadavez más sensores, transductores,controladores.

La eficiencia del proceso dependeentonces del correcto funcionamientode estos elementos.

Pequeños errores de medida puedendar lugar a procesos más costosos.

La verificación o calibración de losinstrumentos de medida es fundamentalpara la eficiencia del proceso.

Sistemas de calibración de procesos

Rev. 9 - 2015



¿Qué es calibrar?

Conjunto de operaciones necesarias para determinar lasdesviaciones de la lectura de los instrumentos de medida enrelación con un patrón aceptado

Calibrar Verificar

Ajustar


Los calibradores y equipos para calibraciónpermiten verificar el correcto funcionamientode sensores, transductores e instrumentaciónen general, de forma que las plantas trabajende forma óptima y eficiente


Rev. 9 - 2015







Sistemas del proceso de producción

Subsistema eléctrico

Distribución eléctrica trifásica (Redes de electricidad)

Facturación de servicios públicos

Infraestructurade distribución

eléctrica


Ventilación, calefacción, enfriamiento

Cerramientos Iluminación

Construyendo el subsistema de infraestructura


Rev. 9 - 2015



Source: DOE - http://www1.eere.energy.gov/consumer/tips/home_energy.html Date Accessed: 4/20/2009

Ejemplo: Uso de la energía en los hogares

Construyendo el subsistema de infraestructura

Infraestructura del edificio: Ventilación

160

Registradores

HVAC

Suministro de aire

Bomba VFD

Distribución eléctrica

Fuga

Retorno de aire

Ventanas, puertas, paredes,

techo

Temperatura

y flujo de aire % de aire exterior, inspección del filtro

Registre el consumo eléctrico

Temperatura y vibración


Rev. 9 - 2015



Temperatura y humedad

Niveles de aire exterior

Flujo de aire

Demanda eléctrica

Vuelva a calibrar los termostatos

Implemente reajustes

Optimice la ventilación

Volumen constante/variable

Variadores de velocidad de motores

Ventiladores de tamaño correcto

1. Agregue variadores de velocidad a las cargas grandes: ¡reduce la energía en casi 50%!

2. Optimice, actualice o modifique un sistema de HVAC: ¡Los nuevos sistemas utilizan 30-60% menos electricidad!

3. Ventiladores del tamaño correcto ¡60% de los ventiladores de edificios tienen un tamaño demasiado grande!

Oportunidades de ahorros de ventilación


Unidad Mediciones

Suministro de aire CO2 , % de aire exterior, flujo de aire

Panel de alimentación eléctrica Tensión, corriente, kW, factor de potencia

Ventiladores, unidad de tratamientode aire y motores

Temperatura, vibración, corriente, tensión

conductos (distribución) Temperatura, presión: pérdidas de aire

Registradores Temperatura, flujo de aire

Termostatos y sensores Temperatura comparativa

Cerramiento del edificio(paredes, techo, puertas, ventanas)

Pérdida de aire, diferencia de temperatura

comparativa, Diferencial de temperatura

Mediciones de ventilación y cerramiento


Rev. 9 - 2015



Cuantificación de costos eléctricos de ventilación

163

1. Realice un perfil de su sistema de HVAC

2. Registre el consumo de energía en la alimentación eléctrica, así como con cargas grandes, de manera que pueda cuantificar costos y ahorros específicos

3. Evalúe la presencia de energía de desaprovechamiento (factor de potencia, armónicos, desequilibrio)

4. Verifique los cargos de demanda pico e identifique cuándo las tarifas de electricidad son más caras, tanto por semana como por temporada

5. Inspeccione térmicamente todo el equipo eléctrico y electro-mecánico


Residuos de CT 4

Escala 106 CTResultados de la auditoría del punto de ajuste:• El punto de ajuste del sitio es 70 °F • 27 unidades de HVAC

Propuesta:• Cambie 17 unidades de HVAC a 75 °F

• Ahorros anuales calculados $9,600

Las mediciones infrarrojas son una manera rápida de verificar la temperatura ambiente y la precisión del sensor mientras ajusta los puntos de ajuste

Puntos de inspección termográfica del techo:compresores, intercambiador de calor, ventiladores de enfriamiento, circuitos eléctricos, correas, motores y rodamientos.

Conclusiones:

El compresor a la derecha no debe ser enfriador = probable mal funcionamiento

Las aletas obstruidas crean un esfuerzo adicional = desaprovechamiento

Casos prácticos: Puntos de ajuste y techos


Rev. 9 - 2015



Dos reglas de oro:

1. Asegúrese de que el sistema mecánico distribuye suficiente aire de ventilación para cumplir con el estándar.

• Un sistema de HVAC que distribuye demasiado aire exterior creará contaminantes del aire interior potencialmente dañinos.

2. Un sistema que sobreventila; por ejemplo, acondiciona demasiado aire exterior ocasiona facturas de energía innecesariamente altas.

• Para evitar esto, coloque unidades de tratamiento de aire del sistema mecánico de HVAC de tamaño adecuado para distribuir la cantidad adecuada de ventilación.

La eficiencia depende de:

• Eficiencia del equipo• Minimizar las pérdidas temporales en la distribución• Optimización de puntos de ajuste• Eficiencia del cerramiento del edificio

Puntos de inspección: • Equipo • Pérdidas pendientes • Fugas en conductos• Fugas de aire de

cerramiento• Pérdidas conductivas de

cerramiento

Identificación del desaprovechamiento de ventilación


ITE 02.2.2 Calidad del aire interior y ventilación

Se deberán tener en cuenta las indicaciones yrecomendaciones de los diferentes reglamentos ynormativas existentes, por ejemplo el Reglamentode Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) ysus Instrucciones Complementarias (ITE)

Una temperatura excesivamente baja o elevadapuede suponer un incremento considerable dela energía consumida además de unascondiciones de habitabilidad deficientes.

Identificación del desaprovechamiento de ventilación

Rev. 9 - 2015



La condición deficiente de los conductos, juntas, aislación y otros componentes de infraestructura de ventilación ocasiona un trabajo excesivo del sistema de acondicionamiento y distribución.

• Utilice un manómetro y medidor de flujo de aire para medir la presión estática y diferencial, la velocidad del aire y las lecturas del flujo de aire para evaluar los conductos

• Utilice un medidor de aire para evaluar el flujo de aire general, niveles de acondicionamiento y porcentaje de aire exterior.

• Utilice una cámara termográfica para detectar las diferencias de temperatura en las juntas de los conductos indicando problemas de sellado, fugas de aislación y otras fugas de aire.

• Utilice una cámara termográfica para verificar la temperatura en los orificios de ventilación, para la corrección del sensor.

Identificación del desaprovechamiento del conducto

167

Registro incorrecto de la instalación permitiendo que el aire se ventile al techo


168

Caso práctico: pérdida de presión de aire

Sistema HVAC comercial de techo en una planta procesadora de alimentosLa granola y los álamos son perjudiciales para el sistema HVAC.

Condición de la pérdida: • Filtros obstruidos, ventiladores

sucios y amortiguadores inoperables sobrecargan el sistema de manipulación de aire

• Pasos para la inspección de la presión del aire y termal

• Use un manómetro para medir la presión diferencial y estáticadel filtro y amortiguador

• Realice un análisis térmico de los filtros de aire


Rev. 9 - 2015



Ejercicio práctico: pérdida de ventilación

169

Calcular el costo de energía para refrigeración/calefacciónTanto como sea posible, evitar ventilar excesivamente un sistema, ya que esto desperdicia energía. Todo aire adicional que ingrese en el sistema se debe calentar, enfriar, humidificar o deshumidificar, según sea necesario de acuerdo con la estación.

1. Si se emplea una cantidad excesiva de aire del exterior durante 220 horas por mes, los kilovatios-hora totales de energía usados serán de ____ kWhde energía por mes.

2. Si un kWh cuesta 10 centavos, el costo de ventilación excesiva correspondiente a una sola unidad durante un mes es de $____.


Manómetro Fluke 922Mida la presión diferencial y estática, la velocidad y el flujo de aire para identificar filtros de aire obstruidos y evaluar la eficacia de los controladores y compresores de aire.

Cámara termográfica Fluke Ti125Detectar fugas de aislación e inspeccionar periódicamente los sensores.

Medidor de aire Fluke 975Recopilar todas las variables necesarias para evaluar y optimizar el aire acondicionado del exterior y la eficacia de la ventilación.

Herramientas para identificar y cuantificar la pérdida


Registrador de energíaFluke 1730Registrar el suministro de energía a la caldera para cuantificar el consumo

Rev. 9 - 2015



Refrigeración/enfriador

Infraestructura del edificio: refrigeración

171

Suministro de agua

Sistema de distribución eléctrica

Motor/bomba Condensador/compresor

AHU

Registrar el consumo eléctrico

Temperatura y vibración

Presión y temperatura

Torre de refrigeración


Registrar el consumo eléctrico y buscar armónicos o desequilibrio.

Analice térmicamente en la búsqueda de diferencias de temperatura que indiquen armónicos o desequilibrio.

Use pruebas de vibración para determinar las ineficiencias de fricción en el funcionamiento mecánico: desequilibrio, falta de ajuste, falta de alineamiento y rodamientos desgastados.

Analice térmicamente el motor, el eje, el acoplamiento y los rodamientos para determinar la existencia de sobrecalentamiento que indique problemas de alineación, desgaste, refrigeración o aislación.

Usar un módulo de presión DMM+ para medir el diferencial de presión.

Pérdida de refrigeración: Enfriadores, agua fría

172

Panel de control

Retorno de agua fría

Suministro de agua fría

Entrada de aguadel condensador

Salida de aguadel condensador

Compresor

Motor

RodamientoCondensador

Panel de alimentación eléctrica

Evaporador


Rev. 9 - 2015



Componente del enfriador Mediciones

Panel de control Señal de control de 4-20 mA o 0-10 voltios

Panel de alimentación eléctrica Temperatura, corriente, tensión,

armónicos, desequilibrio de fase

Motor/rodamiento Temperatura, vibración, aislación

Condensador Diferencial de presión y temperatura

Mediciones del sistema de refrigeración


Cómo identificar la pérdida de energía eléctrica

174

1. Registre el consumo eléctrico y la pérdida del enfriador, así como también las cargas de apoyo en la totalidad de un ciclo de funcionamiento.

2. Realice sondeos térmicos para identificar paneles y cargas en condiciones deficientes.

3. Use los datos para mejorar la eficiencia, mediante el cambio de programas de funcionamiento o a través de la optimización, el mantenimiento o las actualizaciones.

4. Registrar de nuevo para documentar el ahorro.

Conexión eléctrica de alta resistencia en el panel de suministro eléctrico del sistema HVAC del techo


Rev. 9 - 2015



Caso práctico: ahorros operativos del enfriador

175

• Imágenes termográficas• Consumo de energía• Mantenimiento• Cambios operativos

Funcionamiento actual

Propuesta Ahorro de costos

Electricidad (252,1 KW) $287.114 $258.403 $28.711

Agua (20.000 gpd) $4500 $4500 $0

Limpieza, sal $4716 $1462 $3254

Inhibidor de corrosión $3000 $6000 ($3000)

Bomba de apagado 102 de 1 caballo de fuerza

$854 $0 $854

Total $29.819


http://www1.eere.energy.gov/consumer/tips/air_leaks.html

Oportunidad de ahorro: costos reducidos de HVAC.

Ubicaciones principales de transferencia de calor no intencional (pérdida o ganancia):

• Defectos del techo y daños por humedad

• Tubos y tuberías

• Marcos de puertas y ventanas

• Interruptores y enchufes

• Grietas en juntas estructurales

• Aislación defectuosa o insuficiente de las paredes.

Infraestructura del edificio: recubrimiento


Rev. 9 - 2015



Las cámaras termográficas pueden identificar áreas en la envolvente de edificios que permiten la transferencia de calor no intencional, lo cual incluye la pérdida de aire acondicionado.

Cómo identificar pérdidas en la envolvente de edificios


Infraestructura del edificio: iluminación

180

Sistema de distribución eléctrica

Transformador Desconectar Control de luz

Punto de uso

Registre el consumo eléctrico

¿La iluminación es adecuada?

¿Se cuenta con controles

automáticos?


Rev. 9 - 2015



Infraestructura del edificio: iluminación

181

En algunas instalaciones, los costos de iluminación pueden representar hasta el 30 % del costo energético de un edificio.

• La oportunidad consiste en reducir ese porcentaje mediante la cuantificación del consumo existente y los requisitos de iluminación en comparación con las actualizaciones.

• El riesgo se encuentra en reemplazar cargas de iluminación incandescente resistivas por cargas de iluminación de alta eficiencia reactivas.

La práctica estándar consiste en inspeccionar el sistema de iluminación del edificio, reemplazar los accesorios o las lámparas por modelos de alta eficiencia y en ocasiones, instalar temporizadores y otros controles.

1. Mida y regule los niveles pie-candela de iluminación según las recomendaciones del sector.

2. Evalúe las temperaturas de contacto del balastro y disyuntor.

3. Buscar puntos calientes y comparar los valores con los de referencia.

4. Evaluar las actualizaciones respecto de tecnologías de mayor eficiencia correspondientes a luces y señales.


134,3 ºC 39,7 ºC

Componentes del sistema Mediciones

Panel eléctrico de iluminación Registre la tensión y la corriente en el tiempo, en

correspondencia con la factura de energía

Nivel de iluminación del área Lux, pie-candela, pies cuadrados

Controles y programa de operaciones Identique horas de uso pico, requisitos de iluminación

estacionales y patrones de uso

de ocupantes actuales

Auditoria de lámparas Cantidad y tipo de lámparas, de incandescentes,

fluorescentes a lámparas de alta eficiencia

Controles de iluminación Inspección manual de controles de sistemas

existentes, desde controles maestros de iluminación

en el edificio a atenuadores individuales e

interruptores de encendido y apagado

Medidas de iluminación


Rev. 9 - 2015



La mayoría de las luces compactas fluorescentes (CFL) usan balastros electrónicos que funcionan a frecuencias más elevadas, las cuales se comportan como cargas no lineales y por lo tanto, generan corrientes de armónicos.

Fuente: Programa Energy Star de la Agencia de Protección Ambiental (EPA)/el Departamento de Energía (DOE) de los EE.UU. "Información sobre lámparas de luces fluorescentes compactas" http://www.energystar.gov/index.cfm?c=cfls.pr_cfls_about

1. Los incentivos en servicios públicos federales, estatales y locales pueden compensar las inversiones hasta en un 40 %.

2. Los avances de las tecnologías de iluminación ofrecen beneficios adicionales considerables.

3. Crear o cambiar zonas de iluminación junto con controladores inteligentes puede reducir los costos a la mitad.

Iluminación: problemas de energía

183

Lámpara

Cubierta

Recubrimientode fósforo

Vapor de mercurio

Argón

Balastro

Receptáculo del balastro

Base


Un exceso de iluminación puede aumentar elconsumo de energía, y una luz insuficiente puedecausar estrés y problemas de salud en el personal.

Luxómetro Amprobe LM-120

Para determinar la eficiencia de los sistemas deiluminación, lo que necesita saber es la cantidad deluz disponible y el volumen del espacio.Utilice un luxómetro y un medidor láser dedistancias y áreas para calcular la iluminaciónóptima.

Fluke 416D medidor láser de distancia, superficie y

volumen

Luxómetro Amprobe LM-120

Iluminación: medida y dimensionado

Rev. 9 - 2015



Iluminación: cómo identificar problemas de energía

Los nuevos sistemas de iluminación usan menos energía que las lámparasincandescentes tradicionales pero debe tener en cuenta que vuelven a incorporarmás armónicos de corriente.


Tal como se encuentra en estado original• Gasto anual £13.000/$20.453• Aproximadamente 900 luces de tubo de 58 vatios que generan

entre 500 y 1000 lux en escritorio • Recomendaciones estándar de lux de HSE

• Oficina = entre 200 y 300 lux• Trabajo detallado (por ejemplo, fabricación) =

entre 300 y 500 lux• 1 interruptor de encendido/apagado controla la iluminación de la

oficina; dos interruptores controlan la fabricación: sin opciones para la salida modulada.

Propuestas• Reemplazar luces por tubos ECO de 51 vatios.

– Reducción de energía del 12 %.– Aumento de tiempo de vida de 6000 a 17.000 horas.– Los bancos de fabricación tienen iluminación POU.

• Ahorro anual de £1400 con una inversión de £x.• Implementación de aislación por zona.• Cierre de áreas cuando no sean necesarias

(sala de servidores, sanitarios)• Continuar formando al personal respecto de

la necesidad de apagar las luces.

Caso práctico: eficiencia del sistema de iluminación


Rev. 9 - 2015



Calcular el costo para usar tres lámparas incandescentes durante un año

1. Una lámpara incandescente de blanco suave de 60 vatios proporciona aproximadamente 840 lúmenes de luz. Si tres de estas lámparas iluminan un área de 100 pies cuadrados, entonces: lúmenes = 3 x 840 = 2520

2. Si las lámparas funcionan 2000 horas por año: Potencia total (vatios) = 3 x 60 x 2000 = 360kWh

3. A 10 centavos/kWh, el costo para usar tres lámparas durante un año: $0,10 x 360 kWh = $36,00/año

4. Si una lámpara fluorescente compacta consume 13 vatios, ¿cuál es el costo de energía por año? ¿Cuál es el ahorro?

Ejercicio práctico: Iluminación


Fotómetro Amprobe LM-120Determine los requisitos de iluminación.

Cámara termográfica Fluke Ti125Evaluar las temperaturas de contacto del balastro y disyuntor.

Herramientas para identificar y cuantificarlas pérdidas energéticas


Registrador de energía Fluke 1730Registrar el suministro de energía a la caldera para cuantificar el consumo

Rev. 9 - 2015



Los paneles fotovoltaicos y las baterías

proporcionan corriente CC

1. Los inversores convierten esa corriente CC en CA.

2. Para un funcionamiento óptimo, el inversor debe

configurarse de acuerdo a la salida de los paneles

fotovoltaicos , la cual cambia con el tiempo

– de lo contrario –

La instalación fotovoltaica no trabajará de forma

eficiente

= se precisa medir periódicamente la entrada CC y

la salida CA simultáneamente

Sistemas fotovoltaicos

• Fluke 430-II mide simultáneamente lapotencia de salida CC de los paneles FVy la potencia de salida CA del inversor.

• Las entradas de tensión y corriente L1,L2 y L3 miden la potencia CA – el canalde neutro (V&I) mide la potencia CC.

• Se precisa una sonda de corriente en laentrada de neutro para la medida decorriente CC.

• Midiendo la potencia de entrada ysalida del inversor se puede calcular laeficiencia.

• La eficiencia del inversor depende de:

– Condiciones de carga y tensión de entrada.

– Temperatura de trabajo

Not the final picture

Sistema FV

simple


Rev. 9 - 2015



Aplicaciones eléctricas. Paneles fotovoltaicos .

Las células sombreadas o defectuosas se comportan como resistencias consumiendo energía y disipándola en forma de calor.El sistema no es eficiente. El panel no genera la energía proyectada. Se pierde dineroEl panel fotovoltaico se deteriora progresivamente afectando al sistema completo.


¡3.500 euros anuales simplemente mejorando un 1% la eficiencia!

Fluke 435 SII permite medir de forma rápida y sencilla la eficiencia real del equipo ycompararla con las especificaciones del fabricante

Consideremos un sistema de alimentación ininterrumpida de 500 KVA. El seleccionarun SAI con una mejora en la eficiencia del inversor desde el 92% al 93%, ¡simplementeun 1%! podría suponer un ahorro anual de:

Ejemplo Sistema de Alimentación Ininterrumpida SAI / UPS

1% de la Potencia Activa:

500 * 0,8 * 1/100 = 4 kW

Reducción pérdidas energía anuales:

4 * 365*24= 35.040 kWh

Ahorro anual:

35.040 * 0,10 Euros/kWh = 3.504 Euros

Sistemas de respaldo

Rev. 9 - 2015



Ejemplo Sistema de Alimentación Ininterrumpida SAI / UPS

Hay que tener en cuenta que los procesos de generación de frío son de los menoseficientes y por tanto cualquier mejora puede suponer un ahorro considerable.

A este ahorro se podría añadir también el ahorroasociado en el sistema de aire acondicionadodebido a la reducción del calor disipado (4 kW).

Sistemas de respaldo

Normativas: ISO 50001, EN 16247-1

La Directiva 2012/27/UE indica:

“4. Los Estados miembros velarán por que se someta a las empresas que no

sean PYME a una auditoría energética realizada de manera independiente y

con una buena rentabilidad por expertos cualificados y/o acreditados o

ejecutada y supervisada por autoridades independientes con arreglo al Derecho

nacional a más tardar el 5 de diciembre de 2015, y como mínimo cada cuatro

años a partir de la fecha de la auditoría energética anterior.”

“…Las auditorías energéticas tienen que ser obligatorias y periódicas para las

grandes empresas ya que el ahorro de energía obtenido puede ser

significativo. Las auditorías energéticas deben tener en cuenta las normas

europeas o internacionales pertinentes, como EN ISO 50001 (sistemas de

gestión de energía), o EN 16247-1 (auditorías energéticas),…”

Rev. 9 - 2015



Fluke Connect™

1. Conectarse 2. Capturar 3. Guardar 4. Ver medidas 5. Compartir medidas

7. Ver registros de equipos

8. Ver Notas de trabajo

6. Colaborar9. Visualizar la salud de los

equipos

El técnico puede ….

El equipo puede ….10. Compartir el estado

de los equipos

198

Fluke Connect™

Rev. 9 - 2015



Ver Guardar Compartir

Todos los datos, directamente en campo

Fluke Connect™

Aplicación con descarga gratuita desde

20 instrumentos disponibles desde el lanzamiento.

Resto en desarrollo.

Fluke Company Confidential 200

Fluke Connect™

Rev. 9 - 2015



Resumen: Equipos


Analizadores de Calidad Eléctrica y Energía

Cámaras Termográficas

Termómetros Visuales

Luxómetros

Analizadores de Calidad del Aire

Analizadores de Vibraciones

0,25,50,75,100%0, 50,100%

0,100%

0,25,50,75,100%Blending

SíNoPIP Sí

Ti300 Ti400 Ti450TiS40 TiS50 TiS55

Pre

stac

ione

s

TiS45TiS20TiS10

Fisso LaserSharp TM

TiS60 TiS65

Fisso FissoMan. Man. ManualeEnfoque

TiS75

LaserSharp TM

+MultiSharp™

320x240160x120 240x18080x60120x90 260x195220x165Resol. 320x240

320x240

Super Res.:640x480

TiX520

320 x 240 +S. Res.

640x480 con soft

TiX560TiX500

0,25,50,75,100% Continuo

Sì

320 x 240 +S. Res.

640x480 sulla camera

LaserSharp TM

+MultiSharp™

Nueva gama completa de Termografía Fluke

Rev. 9 - 2015



Nuevo

Nuevo

Familia actual de registradores trifásicos

F1730 F1736 F1738 F434 F435 F437

Canales de tensión 3 3 3 4 4 4

Canales de corriente 3 4 4 4 4 4

Registro de Consumos Eléctricos Sí Sí Sí Sí Sí Sí

Analisis de Calidad Eléctrica No Clase S Clase S Clase S Clase A Clase A

Modo monitor EN50160 No No Sí Sí Sí Sí

Forma de onda de los eventos capturados No No Sí No Sí Sí

Calculadora de pérdidas de energía No No No Sí Sí Sí

Conectividad inalámbrica No Sí Sí En breve En breve En breve

Frecuencia de los sistemas eléctricos

soportados 50/60 Hz 50/60 Hz 50/60 Hz 50/60 Hz 50/60 Hz 50/60/400 Hz

MONITOREN-50160

IEC 610004-30

Información propiedad de Fluke. No dejar copia a terceras partes en ningún tipo de soporte sin el permiso por escrito de Fluke

Resumen: cómo reducir los costos de energía

• Registre la potencia de cada sistema y carga de importancia en la instalación y asignar esos costos respecto de la factura de servicio: Conocer dónde se produce el consumo.

• Mantener el ahorro realizando mediciones en momento diferentes del año en distintas condiciones.

• Considerar cambios operativos o de cronograma, así como también de equipo.

• Evaluar la eficiencia del sistema: demanda respecto de suministro respecto de distribución.

• Mida parámetros específicos del sistema: vibración, flujo de aire y temperatura, además de los kWh.

• Vuelva a evaluar los programas de mantenimiento y la definición de "ligero" para tener en cuenta el consumo de energía y la eficiencia general del sistema.

• Revise la factura de servicio con regularidad: Cambios de sistemas, cronogramas y equipos.


Rev. 9 - 2015



Estos son solo algunos ejemplos de cómo utilizar la instrumentaciónde medida para la mejora de la eficiencia energética.

Los áreas de trabajo son amplias

Las mejoras y ahorro de costes también lo pueden ser

¡El primer paso es querer mejorar , elsiguiente medir y cuantificar los posiblesahorros!

Resumen: cómo reducir los costos de energía


Principios de medición de la energía

207Princípios de medição de energia ©2013 Fluke Corporation. A modificação ou a reprodução deste documento não é permitida sem permissão por escrito da Fluke Corporation.

¡Muchas gracias!

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