Ahorro de Energía Usando Motores de Alta Eficiencia

Ing. Williams Vilchezwvilchez@precisionperu.comRepresentante Comercial

CONSORCIO MINERO HORIZONTEAgosto 2006

Consumo de Motores Eléctricos y su

Potencial de Ahorro

Consumo de Motores Eléctricos

Los motores eléctricos consumen el 63% de la

electricidad utilizada por la industria (1998 DOE) o

aproximadamente el 25% de toda la electricidad

vendida en los Estados Unidos

73%74%81%

63%

81%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

TEXTIL QUIMICOS PAPEL MUEBLES TABACO

El Consumo Eléctrico en los Motores Varia de Acuerdo al Tipo de Industria

Potencial de Ahorro Energético en los Motores

• El potencial de ahorro energético estimado en

sistemas con motores eléctricos es del 18% de

acuerdo al Departamento de Energía de los

Estados Unidos

• Estos ahorros se pueden obtener cambiando

motores existentes , por motores de eficiencia

premium, usando variadores de frecuencia,

mejorando las prácticas de rebobinado y

mejorando los equipos

¿Qué es la Eficiencia y Cuáles son las Pérdidas que

Ocurren en un Motor Eléctrico?

¿Qué es la Eficiencia?• “La eficiencia del motor

eléctrico, es la potencia mecánica utilizable de salida dividida entre la potencia eléctrica de entrada”.

En otras palabras; La eficiencia significa que tan bien puede

un motor convertir la energía eléctrica de entrada que esta consumiendo en trabajo mecánico provechoso en su eje de salida

• La entrada de un motor de corriente alterna es la potencia eléctrica en watts o kilowatts. La entrada siempre es mayor a la salida, la diferencia son las pérdidas de potencia internas en el motor.

ENTRADA = SALIDA + PERDIDAS

¿Qué es la Eficiencia?

¿Cuáles son las Pérdidas que ocurren en un Motor Eléctrico?

• Pérdida de Resistencia en el Estator (I2R Estator) • Pérdida de Resistencia en el Rotor (I2R Rotor)• Pérdidas en el Núcleo (Histérisis y Corrientes de Eddy)• Pérdidas por Fricción y Ventilación (Rodamientos y

ventiladores)• Pérdidas Varias (depende de la carga del motor)

Porcentaje de Pérdidas Totales en el Motor

Tipo de pérdida Porcentaje %

Resistencia en Estator 35

Resistencia en Rotor 25

Perdidas en el Núcleo 20

Ventilación y Fricción 10

Pérdidas Varias 10

Comparación de Pérdidas de Watts a Diferentes Niveles de Carga

Pér

dida

en

Wat

ts

25HP, 1800 RPM, TEFC

Motor Estandar

Motor Super-EEficiencia Premium

WattsAhorrados

% de Plena Carga

Comparación de Eficiencias a Diferentes Potencias

% d

e la

efi

cien

cia

A p

lena

car

ga.

Potencia del motor (HP)

Curva comparativa de eficiencia contra potencia nominal HP

Eficiencia Premium

Eficiencia Estandard

¿Cómo se Logra la Alta Eficiencia en un Motor?

¿Cómo se Logra la Alta Eficiencia en un Motor?

• Mas y mejor cobre de alta pureza que disminuye la resistencia.

• Laminaciones en el estator de acero al silicio, más delgadas y con ranuras para mayor capacidad para disminuir corrientes parásitas y poder colocar una mayor cantidad de cobre.

• Jaula de ardilla del rotor construida con laminaciones de acero al silicio y aluminio inyectado a alta presión o barras de cobre.

• Mínima distancia de entre-hierro para minimizar pérdidas por deslizamiento.

• Perfecta simetría y balance.• Ventilador aerodinámico de polipropileno anti-

chispas.

• Rodamientos anti-fricción de alta calidad.

¿Cómo se Logra la Alta Eficiencia en un Motor?

Más y mejorcobre

Laminación de acero al silicio

Ventilador aerodinámicode polipropileno

Rodamientos Anti-fricción

Embobinados con rangode 200ºC resistentes a la humedad.

Rotor con laminación de acero al silicio e inyección de aluminio a la alta presión.

Distanciamínima de entre-hierro

Simetría y balanceperfectos

¿Cómo se Logra la Alta Eficiencia en un Motor?www.baldor.com

¿Se Puede Aumentar la Eficiencia de un Motor Instalado?

La eficiencia de un motor es determinada cuando este es

diseñado y fabricado. La misma no puede ser aumentada

Comparación de Eficiencia en Motores y las Últimas

Estandarizaciones (EPAct 1997, NEMA Premium 2001)

Historia de la Eficiencia en Motores

• El interés por la eficiencia de los motores empezó en 1976 con la crisis energética

• Los motores de Alta Eficiencia fueron introducidos en los 80’s• Las eficiencias de los motores han mejorado desde entonces• EPAct estableció eficiencias mínimas en 1997• Continuos apagones/Creciente costo de la energía en el

2000/2001• Estandardes NEMA Premium fueron establecidos en 2001

para motores de eficiencia premium

Comparación de Eficiencia en Motores

¿Cuál es la eficiencia de los motores en uso actualmente?

Source: Dept. of Energy, Advanced Energy, Baldor test data

75%

80%

85%

90%

95%

100%

Horsepower

Installed Average

Motores de Eficiencia Premium

• Introducidos en 1980’s Baldor Standard-E

• Baldor Super-E Introducidos en 1993

• Más altas eficiencias resulta en mayores ahorros y por ende facturas por consumo eléctrico mucho menores.

Los Motores Super-E Ofrecen las más Altas Eficiencias

75%

80%

85%

90%

95%

100%

1 2 5 10 20 30 50 75 125

200

Horsepower

Installed Average Super E

Comparación de Eficiencia en Motores

Energy Policy Act

• Firmado en octubre 24, 1992• Cubre los motores fabricados después de

octubre 24, 1997• Cubre motores para propósito general,

montados por las bases (Baldor Standard-E) • Establece eficiencias mínimas que deben

cumplir los motores• La eficiencia de los motores Baldor Super-E es

superior a las que establece Epact.

Baldor Standard-E (EPAct) VS Baldor Super E

75%

80%

85%

90%

95%

100%

1 2 5 10 20 30 50 75 125

200

Horsepower

Installed Average Epact Super E

Comparación de Eficiencia en Motores

Standard-E (EPAct) Vs. Super-E

HP Promedio de Eficiencia Motores

Instalados

Standard-E

Eficiencia EPAct

Super –E

Eficiencia Premium

1 77.5 82.5 85.5

10 82.2 89.5 91.7

50 89.0 93.0 94.5

100 89.3 94.5 95.4

Eficiencia NEMA Premium

• Anunciado por NEMA en 2001

• Motores de 4 polos TEFC con eficiencias iguales a los Baldor Super-E

• Motores de 2 & 6 polos Baldor Super E poseen eficiencias mayores a las especificadas por NEMA Premium

Disponibilidad de Motores NEMA Premium

TEFC• Baldor 100%• Reliance 43%• GE 27%• Marathon 47%• Leeson 28%• Siemens 9%

ODP• Baldor 100%• Reliance 34%• GE 27%• Marathon 30%• Leeson 23%• Siemens 4%

Source: Consortium for Energy Efficiency (CEE), as of August 7, 2001

Regla General

Cuesta cerca de $2 al día por HP para

operar un motor uso continuo a $.10 kWh

100 HP = $200.00 diarios

50 HP = $100.00 diarios

25 HP = $50.00 diarios

¿Cuánto Vale la Alta Eficiencia?

40 HP Super-E con 94.5% de eficiencia comparado con un motor estandard con 90 % eficiencia

$0.05 $0.06 $0.07 $0.08 $0.09$0.10

$0

$200

$400

$600

$800

$1,000

$1,200

$1,400

Dol

lar

Sav

ings

per

Yea

r

Power Cost per kWh

40hr/5 days/50 wks 80hr/5 days/50 wks 120 hrs/7days/50 wks

Nueva Etiqueta “Energy Guide” de Baldor

• Se muestra en la caja de cada motor Super-E

• Se incluye el costo operacional annual

• Resalta los ahorros energéicos por usar motores de eficiencia premium Super-E

Costo Inicial de un Motor Vs.

Costo de Operación

Costo del Ciclo de Vida de un Motor

Costo de Operación – 97.3%

Precio Inicial, Instalación y Mantenimiento - 2.7%

Costo de Operación Vs. Precio de Compra

Precio de compra

Uso anual

Eficiencia

Gas/Costo de energía

Costo de operación anual

Costo de operación

como %del precio de compra

Automobil

$20,000

12,000 millas

20 millas/galon

$1.50/galon

$900/año

4%

Motor 60HP

$2,600

8,760 hrs.

93.6%

10¢ kWh

$41,890/año

1600%

Los Beneficios de Usar Motores de Eficiencia Premium

SUPER-E

Motores de Eficiencia Premium Baldor Super-E

• Ofrece las más altas eficiencas en toda la línea de motores que cualquier otra marca

• Tamaños desde 1 hasta 1,500 HP

• Mas de 500 diferentes modelos disponibles en stock

• Utiliza materiales de la más alta calidad• Sobrepasa los niveles de eficiencia exigidos por EPAct• Primero en cumplir con las eficiencias exigidas por CEE

(Consortium for Energy Efficiency)• Bajo incremento de temperatura - aumenta la vida del

motor• Balanceo dinamico a la mitad de los limites exigidos por

NEMA• Estrictas tolerancias en su fabricación• Alambre ISR 100 veces más resistente a altas frecuencias

y transientes producidas por variadores de frecuencias• Grasa Exxon POLYREX EM con mayor protección para

los rodamientos

Motores de Eficiencia Premium Baldor Super-E

Eficiencia Premium se Paga por Si Sola

• Recuperación del costo adicional de un motor de Eficiencia Premium Vs. un motor EPAct

• Precio adicional de compra se recupera en meses

Basado en $.10 kWh, uso continuo

012345

Horspower

Month

s

¿Cuánto Ahorran los Motores de Eficiencia Premium Super-E?

Ahorro

Annual con/ Recuperación

HP Super-E en Meses

5 $277 12

10 $464 12

25 $923 14

50 $1,449 16

100 $2,454 18

200 $4,675 18

• Tiempo de recuperación del costo de un motor nuevo cuando un motor bueno instalado es cambiado por uno Super-E.

Basados en $.10/kWh, uso continuo, cambiando motores instaladosBasados en $.10/kWh, uso continuo, cambiando motores instalados

Plan de Suministro y Reparación de Motores

Política de Motor – Reparar /Reemplazar

• Reemplace todos los motores estandares dañados bajo cierto HP por motor de eficiencia premium

• Reemplace todos los motores dañados bajo cierto nivel de eficiencia con motores de eficiencia premium

• Repare todos los motores dañados superiores a un caballaje especificado siempre que el costo de la reparación sea menor que un cierto porcentaje del costo del motor nuevo

• Compre un motor de eficiencia premium de reemplazo

• Instalar los motores en la próxima detención de planta planificada

• Conserve el motor existente como repuesto

Política de Motor – Aplicaciones Criticas

•Reemplace motores existentes que estén todavía funcionando con motores de mayor eficiencia donde el tiempo de recuperación es menor de 18 meses

•Reemplace motores estandares existentes en su planta que tengan más de 10 años (considerar el ciclo de trabajo)

Política de Motor – Cambiando Motores Existentes