Saludos.
Espero se encuentren muy bien
estimados lectores. A continuación les comparto otra de mis publicaciones en
Tecnología Eléctrica, un post que trata sobre: La importancia de realizar una
selección adecuada de un motor eléctrico.
Acaso ¿Conoces como afecta a la
eficiencia de un motor eléctrico si este está sobre-dimensionado? ó ¿Si este
motor afecta los valores del factor de potencia en la instalación? Con este
contenido podemos orientar las respuestas a estas preguntas y además ofrecer un
material que sirva para la consulta.
Si eres un lector habitual de este blog y te gusta su contenido quizás quieras y puedas contribuir para su mantenimiento. No olvides marcar el botón (SEGUIR) en el Blog Gracias…
-----------------------------------------------------------------------------
A
modo de introducción.
El permanente desarrollo tecnológico ha
provocado prácticamente el indetenible incremento de la demanda por parte de
los consumidores tanto en el área residencial, como comercial e industrial debido
al uso de nuevas tecnologías para acceder a nuevos servicios y comodidades.
Añadido a esto una preocupante cultura de despilfarro de la energía eléctrica,
ha traído como consecuencia un considerable incremento en el consumo de dicha
energía, lo que ha conllevado a presentar este escrito para estudiar una forma
de cómo disminuir este consumo en una de las tantas aristas de este problema.
Las edificaciones constituyen el escenario
fundamental de las actividades humanas, a la vez que son grandes consumidoras
de energía. Según estadísticas internacionales, alrededor del 42% de la energía
total consumida se destina a ellas, y el resto está repartido entre la
industria y el alumbrado público 58%. Este hecho hace relevante la necesidad de
establecer criterios para diseñar y evaluar el uso racional de la energía en
los diferentes sectores.
Figura N° 1. Consumo
de energía por sectores.
Fuente: Informativo CTE - Setiembre
2000
Para el caso de Tal como lo muestro la
figura 1, corresponde a estadísticas a nivel mundial. Para el caso
latinoamericano el sector residencial y
el comercial es el de mayor consumo de energía eléctrica per cápita no escapa a
esto Venezuela que representa el 60% del consumo de energía eléctrica. Por lo
cual se hace necesario orientar las recomendaciones de diseño hacia estos
sectores.
Dado que una directriz con respecto al
uso y aprovechamiento de la energía, es
el referente a la implementación de dos métodos combinados: El uso eficiente y consciente de la energía eléctrica:
·
El
consciente: Disminuir el consumo por medio de estudios técnicos para mejorar la
eficiencia de la instalación.
·
Proponer
estrategias para implementar el uso fuentes alternativas de energía a nivel
local para poder satisfacer las necesidades energéticas de la instalación.
En este caso trabajaremos con la
evaluación de los equipos existentes para utilizarlos de la forma más eficiente
posible, específicamente los motores eléctricos en el sector industrial.
Selección
de Motores Eléctricos.
Se estima que los motores eléctricos o
maquinas eléctricas rotativas son las cargas de mayor consumo energético en las
instalaciones eléctricas en el mundo es por ello que su correcta selección es
de suma importancia a la hora del diseño de la instalación, especialmente para
las industriales donde aproximadamente el consumo se puede ubicar entre el 60 y
70 % de energía eléctrica de la industria según (CE, 2009; Boglietti, et al.,
2003; Brunner, 2009; Walde & Brunner, 2011). Ademas del ahorro energético
que se pueda realizar con una buena selección del motor.
A continuación se observa como es el
consumo energético debido a la utilización.
Figura N° 2. Consumo energético de los
motores eléctricos en el sector industrial.
Fuente: DOE,
1998.
Sin embargo este consumo se puede
distribuir entre los diversos motores que conforman los equipos eléctricos de
las empresas como ventiladores, bombas, compresores, bandas transportadoras,
entre otros. (Ver figura 3)
Figura N° 3. Distribución consumo
energético en los diferentes accionamientos aplicación
Fuente:
Brunner 2012
En el gráfico anterior se puede
observar cómo se distribuye el porcentaje del consumo energético de los
diferentes equipos eléctricos en una industria.
Es evidente el gran impacto de los
motores eléctricos en el consumo de energía eléctrica, es por ello que se debe
resaltar la importancia de identificar los factores que influyen en el
funcionamiento de un motor eléctrico, además de
evaluar oportunidades de ahorro de energía en ellos. Sin embargo, es
necesario determinar con precisión el estado energético actual de los mismos
(factor de carga, eficiencia, factor de potencia, antigüedad, etc.) y conocer
sistemas alternativos como son motores de alta eficiencia y variadores de
frecuencia entre otros.
Dimensionamiento del motor eléctrico. (Sobre y Sub-dimensionado)
El sobre dimensionamiento de motores
eléctricos es uno de los principales factores de desperdicio de energía eléctrica,
ya que el motor trabaja en una región donde el rendimiento y el factor depotencia no son los óptimos.
Para una aplicación típica los motores
están sobre-dimensionados debido a los tamaños en HP disponibles, pero también
por la percepción y la escasez de información disponible y la dificultad para
definir la potencia solicitada al motor es la causa del sobre-dimensionamiento.
“mayor = mejor”.
· Esto
significa muy alta corriente de arranque, sin posibilidad de variar la
velocidad por sí mismos.
·
Requieren
de protecciones, cableado de mayor calibre.
· Son
motores ineficientes por su principio de operación: motor de jaula de ardilla.
Figura N°4 Ejemplo de como se puede sobre-dimensionar un motor eléctrico.
El sobre-dimensionamiento de un motor origina:
· Desperdicio
de energía por efecto del aumento de las perdidas.
· Aumento
de la potencia solicitada.
· Reducción
del factor de potencia de la instalación.
· Mayores
pérdidas en las redes de distribución de energía y en los transformadores.
· Mayor
costo y tamaño del motor.
· Mayor
intensidad de arranque.
· Mayor
tamaño y costo de elementos de la instalación. (contactor, relé térmico, selección
de conductores, …)
· Menor
rentabilidad debido al peor factor de potencia con carga parcial.
· Menor
rendimiento a carga parcial.
Sub-dimensionamiento del motor eléctrico.
Para el caso de sub-dimensionar los
motores estos pueden:
·
Funcionar
incorrectamente causando averías en la maquina.
·
Tener
menor capacidad de sobrecargarse.
·
Calentamiento
excesivo del motor disminuyendo su vida útil.
Los motores sobrecargados pueden
sobrecalentarse y perder su eficiencia. Muchos motores se han diseñado con un factor
de servicio que permite ocasionalmente sobrecarga. El factor de servicio es un
multiplicador que indica cuánto puede sobrecargarse bajo condiciones
ambientales ideales.
Por ejemplo, un motor de 10 HP con un factor de servicio
de 1.15 puede manejar una carga de 11.5 HP durante cortos periodos de tiempo
sin sufrir un daño significativo. Aunque muchos motores tienen factores de
servicio de 1.15, hacer funcionar al motor continuamente por encima de su
capacidad nominal reduce la vida del motor y su eficiencia.
Nunca debe operarse
un motor sobrecargado cuando el voltaje está por debajo del nominal o cuando la
refrigeración está funcionando incorrectamente por altitud, temperatura
ambiental alta, o superficies del motor sucias.
Ahorros
potenciales ¿Cómo se puede lograr?
·
Medidas
de ahorro en el uso de motores eléctricos
·
Uso
de motores de alta eficiencia.
·
Selección
adecuada de los motores.
·
Operación
racional de los motores eléctricos.
·
Condiciones
de operación de los motores eléctricos.
·
Compensación
del factor de potencia de motores.
Eficiencia
de un motor eléctrico
Figura N°5 Curva de rendimiento vs. carga del motor
El rendimiento de un motor y el factor de potencia disminuyen cuando el
motor trabaja cargado por debajo del 50% de su potencia nominal.Factores
que influyen en la selección de un motor eléctrico
A la hora de seleccionar un motor
eléctrico es siempre importante conocer cuál es la necesidad de adquirir dicho
motor, para ello uno debe realizarse diversas preguntas como estas: ¿es una
instalación nueva o existente?, ¿cuáles son las condiciones de la red
eléctrica?, ¿cuál es la carga que el motor va a accionar?, ¿cuáles son las
condiciones medioambientales?, ¿cuál va a ser el tiempo de recuperación de la
inversión?, ¿qué tipo de normas debe cumplir el motor?, ¿cómo va a ser hecho el
arranque del motor? Por supuesto y no menos importante, ¿Cuáles son las
características de potencia y velocidad requeridas del motor a considerar? Estas interrogantes son de mucha ayuda a la
hora de obtener el motor eléctrico más adecuado para la aplicación deseada.
Para profundizar: https://tecnologiaelectricaiut.blogspot.com/2021/05/factores-considerar-para-la-seleccion-y.html
Ayúdanos a crecer
Por último, si estas decido aprender
en los conocimientos de tu carrera profesional, es probable que los enlaces te
ayuden con información sobre diversos temas de la misma. Pronto micro-cursos.
Hasta la próxima. ¡COMENTA Y
COMPARTE! Estaré atento a tus consultas
y comentarios.
Referencias:
Almeida,
A., Boteler, R., Brunner, C., Doppelbauer, M., & Hoyt, W. (2009). MEPS
Guide 1st Edition. Zurich.
Bertoldi,
P., & Atanasiu, B. (2009). Proceedings of the 6th International Conference
EEMOODS 2009: Energy Efficiency in Motor Driven Systems. Nantes, France:
European Communities, 2010.
Boglietti, A., Cavagnino, A., Lazzari,
M., & Pastorelli, M. (2003). International Standards for the
Induction Motor Efficiency Evaluation: a Critical Analysis of the Stray-Load
Loss Determination. Industry Applications Conference, 38th IAS Annual Meeting,
2, págs. vol.2, pp. 841- 848. Politecnico
di Torino, Italy
Boglietti, A., Cavagnino, A., Lazzari,
M., & Pastorelli, M. (2004). International standards for the
induction motor efficiency evaluation: a critical analysis of the stray-load
loss determination. IEEE Transactions on Industry Applications, vol.40, No.5,
Sept.-Oct. 2004, 40(5), 1294-1301.
Brunner,
C. U. (2007). SEEEM Update International harmonization of motor standards saves
energy. En SEEEM (Ed.), APEC Workshop 3 December 2007, Beijing (revised July
2008). Beijing, China.
Brunner,
C. U., Waide, P., & Jakob, M. (2011). Harmonized Standards for Motors and
Systems. Global progress report and outlook. 7th International Conference on
Energy Efficiency in Motor Driven Systems 2011-EEMODS'11. Alexandria, VA: 4E
Electric Motor Systems Annex EMSA, Operating Agent.
Brunner,
C. U. (2009). Global Motor Systems Network: The International Energy Agency 4E
EMSA Project. En P. B. ATANASIU (Ed.), Proceedings of the 6° International
Conference eemods '09: Energy Efficiency in Motor Driven Systems (págs. 3-13). Nantes, FRANCE: European
Commission.
CE. (22 de julio de 2009). Reglamento
(CE) 640/2009. Requisito de diseño ecológico de motores eléctricos. Por el que
se aplica la Directiva 2005/32/CE del Parlamento Europeo y del Consejo en lo
relativo a los requisitos de diseño ecológico para los motores eléctricos. CE,
Comunidad Europea, 23.7.2009: Diario Oficial de la Unión Europea.
Guardiola de Cabo, L. (s.f.). Análisis
de la norma IEC 60034-2-1. Aplicación en la determinación de las pérdidas y el
rendimiento de motores de inducción trifásicos.
Ellis,
M. (2007). Experience with energy efficiency regulations for electrical
equipment. Paris, France:
International Energy Agency, OECD/IEA.
Maruszczyk, J., Lhenry, M., Helinko,
M., & Korendo, Z. (03 de 2009). En armonía. Definición de normas mundiales
de eficiencia energética. (A. A. Ltd., Ed.) Revista ABB, 50-55.
Mahla A., I. (2009). Proyecto piloto
de reemplazo de motores eléctricos en la minería de cobre - Chile. Santiago
de Chile: Hernán Sierralta Wortsman - International Copper Association, Ltd.
Walde,
P., & Brunner, C. (2011). Energy efficiency policy opportunities for
electric motor-driven systems. France:
InternatIonal energy agency-OECD/IEA.
Saludos.
Espero se encuentren muy bien
estimados lectores. A continuación les comparto otra de mis publicaciones en
Tecnología Eléctrica, un post que trata sobre: La importancia de realizar una
selección adecuada de un motor eléctrico.
Acaso ¿Conoces como afecta a la
eficiencia de un motor eléctrico si este está sobre-dimensionado? ó ¿Si este
motor afecta los valores del factor de potencia en la instalación? Con este
contenido podemos orientar las respuestas a estas preguntas y además ofrecer un
material que sirva para la consulta.
Si eres un lector habitual de este blog y te gusta su contenido quizás quieras y puedas contribuir para su mantenimiento. No olvides marcar el botón (SEGUIR) en el Blog Gracias…
-----------------------------------------------------------------------------
A
modo de introducción.
El permanente desarrollo tecnológico ha
provocado prácticamente el indetenible incremento de la demanda por parte de
los consumidores tanto en el área residencial, como comercial e industrial debido
al uso de nuevas tecnologías para acceder a nuevos servicios y comodidades.
Añadido a esto una preocupante cultura de despilfarro de la energía eléctrica,
ha traído como consecuencia un considerable incremento en el consumo de dicha
energía, lo que ha conllevado a presentar este escrito para estudiar una forma
de cómo disminuir este consumo en una de las tantas aristas de este problema.
Las edificaciones constituyen el escenario
fundamental de las actividades humanas, a la vez que son grandes consumidoras
de energía. Según estadísticas internacionales, alrededor del 42% de la energía
total consumida se destina a ellas, y el resto está repartido entre la
industria y el alumbrado público 58%. Este hecho hace relevante la necesidad de
establecer criterios para diseñar y evaluar el uso racional de la energía en
los diferentes sectores.
Figura N° 1. Consumo
de energía por sectores.
Fuente: Informativo CTE - Setiembre
2000
Para el caso de Tal como lo muestro la
figura 1, corresponde a estadísticas a nivel mundial. Para el caso
latinoamericano el sector residencial y
el comercial es el de mayor consumo de energía eléctrica per cápita no escapa a
esto Venezuela que representa el 60% del consumo de energía eléctrica. Por lo
cual se hace necesario orientar las recomendaciones de diseño hacia estos
sectores.
Dado que una directriz con respecto al
uso y aprovechamiento de la energía, es
el referente a la implementación de dos métodos combinados: El uso eficiente y consciente de la energía eléctrica:
·
El
consciente: Disminuir el consumo por medio de estudios técnicos para mejorar la
eficiencia de la instalación.
·
Proponer
estrategias para implementar el uso fuentes alternativas de energía a nivel
local para poder satisfacer las necesidades energéticas de la instalación.
En este caso trabajaremos con la
evaluación de los equipos existentes para utilizarlos de la forma más eficiente
posible, específicamente los motores eléctricos en el sector industrial.
Selección
de Motores Eléctricos.
Se estima que los motores eléctricos o
maquinas eléctricas rotativas son las cargas de mayor consumo energético en las
instalaciones eléctricas en el mundo es por ello que su correcta selección es
de suma importancia a la hora del diseño de la instalación, especialmente para
las industriales donde aproximadamente el consumo se puede ubicar entre el 60 y
70 % de energía eléctrica de la industria según (CE, 2009; Boglietti, et al.,
2003; Brunner, 2009; Walde & Brunner, 2011). Ademas del ahorro energético
que se pueda realizar con una buena selección del motor.
A continuación se observa como es el
consumo energético debido a la utilización.
Figura N° 2. Consumo energético de los
motores eléctricos en el sector industrial.
Fuente: DOE,
1998.
Sin embargo este consumo se puede
distribuir entre los diversos motores que conforman los equipos eléctricos de
las empresas como ventiladores, bombas, compresores, bandas transportadoras,
entre otros. (Ver figura 3)
Figura N° 3. Distribución consumo
energético en los diferentes accionamientos aplicación
Fuente:
Brunner 2012
En el gráfico anterior se puede
observar cómo se distribuye el porcentaje del consumo energético de los
diferentes equipos eléctricos en una industria.
Es evidente el gran impacto de los
motores eléctricos en el consumo de energía eléctrica, es por ello que se debe
resaltar la importancia de identificar los factores que influyen en el
funcionamiento de un motor eléctrico, además de
evaluar oportunidades de ahorro de energía en ellos. Sin embargo, es
necesario determinar con precisión el estado energético actual de los mismos
(factor de carga, eficiencia, factor de potencia, antigüedad, etc.) y conocer
sistemas alternativos como son motores de alta eficiencia y variadores de
frecuencia entre otros.
Dimensionamiento del motor eléctrico. (Sobre y Sub-dimensionado)
El sobre dimensionamiento de motores
eléctricos es uno de los principales factores de desperdicio de energía eléctrica,
ya que el motor trabaja en una región donde el rendimiento y el factor depotencia no son los óptimos.
Para una aplicación típica los motores
están sobre-dimensionados debido a los tamaños en HP disponibles, pero también
por la percepción y la escasez de información disponible y la dificultad para
definir la potencia solicitada al motor es la causa del sobre-dimensionamiento.
“mayor = mejor”.
· Esto significa muy alta corriente de arranque, sin posibilidad de variar la velocidad por sí mismos.
·
Requieren
de protecciones, cableado de mayor calibre.
· Son motores ineficientes por su principio de operación: motor de jaula de ardilla.
Figura N°4 Ejemplo de como se puede sobre-dimensionar un motor eléctrico.
El sobre-dimensionamiento de un motor origina:
· Desperdicio de energía por efecto del aumento de las perdidas.
· Aumento de la potencia solicitada.
· Reducción del factor de potencia de la instalación.
· Mayores pérdidas en las redes de distribución de energía y en los transformadores.
· Mayor costo y tamaño del motor.
· Mayor intensidad de arranque.
· Mayor tamaño y costo de elementos de la instalación. (contactor, relé térmico, selección de conductores, …)
· Menor rentabilidad debido al peor factor de potencia con carga parcial.
· Menor rendimiento a carga parcial.
Sub-dimensionamiento del motor eléctrico.
Para el caso de sub-dimensionar los motores estos pueden:
· Funcionar incorrectamente causando averías en la maquina.
· Tener menor capacidad de sobrecargarse.
· Calentamiento excesivo del motor disminuyendo su vida útil.
Los motores sobrecargados pueden sobrecalentarse y perder su eficiencia. Muchos motores se han diseñado con un factor de servicio que permite ocasionalmente sobrecarga. El factor de servicio es un multiplicador que indica cuánto puede sobrecargarse bajo condiciones ambientales ideales.
Por ejemplo, un motor de 10 HP con un factor de servicio de 1.15 puede manejar una carga de 11.5 HP durante cortos periodos de tiempo sin sufrir un daño significativo. Aunque muchos motores tienen factores de servicio de 1.15, hacer funcionar al motor continuamente por encima de su capacidad nominal reduce la vida del motor y su eficiencia.
Nunca debe operarse
un motor sobrecargado cuando el voltaje está por debajo del nominal o cuando la
refrigeración está funcionando incorrectamente por altitud, temperatura
ambiental alta, o superficies del motor sucias.
Ahorros
potenciales ¿Cómo se puede lograr?
·
Medidas
de ahorro en el uso de motores eléctricos
·
Uso
de motores de alta eficiencia.
·
Selección
adecuada de los motores.
·
Operación
racional de los motores eléctricos.
·
Condiciones
de operación de los motores eléctricos.
·
Compensación
del factor de potencia de motores.
Eficiencia
de un motor eléctrico
Figura N°5 Curva de rendimiento vs. carga del motor
Factores
que influyen en la selección de un motor eléctrico
A la hora de seleccionar un motor
eléctrico es siempre importante conocer cuál es la necesidad de adquirir dicho
motor, para ello uno debe realizarse diversas preguntas como estas: ¿es una
instalación nueva o existente?, ¿cuáles son las condiciones de la red
eléctrica?, ¿cuál es la carga que el motor va a accionar?, ¿cuáles son las
condiciones medioambientales?, ¿cuál va a ser el tiempo de recuperación de la
inversión?, ¿qué tipo de normas debe cumplir el motor?, ¿cómo va a ser hecho el
arranque del motor? Por supuesto y no menos importante, ¿Cuáles son las
características de potencia y velocidad requeridas del motor a considerar? Estas interrogantes son de mucha ayuda a la
hora de obtener el motor eléctrico más adecuado para la aplicación deseada.
Para profundizar: https://tecnologiaelectricaiut.blogspot.com/2021/05/factores-considerar-para-la-seleccion-y.html
Ayúdanos a crecer
Por último, si estas decido aprender
en los conocimientos de tu carrera profesional, es probable que los enlaces te
ayuden con información sobre diversos temas de la misma. Pronto micro-cursos.
Hasta la próxima. ¡COMENTA Y COMPARTE! Estaré atento a tus consultas y comentarios.
Referencias:
Almeida,
A., Boteler, R., Brunner, C., Doppelbauer, M., & Hoyt, W. (2009). MEPS
Guide 1st Edition. Zurich.
Bertoldi,
P., & Atanasiu, B. (2009). Proceedings of the 6th International Conference
EEMOODS 2009: Energy Efficiency in Motor Driven Systems. Nantes, France:
European Communities, 2010.
Boglietti, A., Cavagnino, A., Lazzari,
M., & Pastorelli, M. (2003). International Standards for the
Induction Motor Efficiency Evaluation: a Critical Analysis of the Stray-Load
Loss Determination. Industry Applications Conference, 38th IAS Annual Meeting,
2, págs. vol.2, pp. 841- 848. Politecnico
di Torino, Italy
Boglietti, A., Cavagnino, A., Lazzari,
M., & Pastorelli, M. (2004). International standards for the
induction motor efficiency evaluation: a critical analysis of the stray-load
loss determination. IEEE Transactions on Industry Applications, vol.40, No.5,
Sept.-Oct. 2004, 40(5), 1294-1301.
Brunner,
C. U. (2007). SEEEM Update International harmonization of motor standards saves
energy. En SEEEM (Ed.), APEC Workshop 3 December 2007, Beijing (revised July
2008). Beijing, China.
Brunner,
C. U., Waide, P., & Jakob, M. (2011). Harmonized Standards for Motors and
Systems. Global progress report and outlook. 7th International Conference on
Energy Efficiency in Motor Driven Systems 2011-EEMODS'11. Alexandria, VA: 4E
Electric Motor Systems Annex EMSA, Operating Agent.
Brunner,
C. U. (2009). Global Motor Systems Network: The International Energy Agency 4E
EMSA Project. En P. B. ATANASIU (Ed.), Proceedings of the 6° International
Conference eemods '09: Energy Efficiency in Motor Driven Systems (págs. 3-13). Nantes, FRANCE: European
Commission.
CE. (22 de julio de 2009). Reglamento
(CE) 640/2009. Requisito de diseño ecológico de motores eléctricos. Por el que
se aplica la Directiva 2005/32/CE del Parlamento Europeo y del Consejo en lo
relativo a los requisitos de diseño ecológico para los motores eléctricos. CE,
Comunidad Europea, 23.7.2009: Diario Oficial de la Unión Europea.
Guardiola de Cabo, L. (s.f.). Análisis
de la norma IEC 60034-2-1. Aplicación en la determinación de las pérdidas y el
rendimiento de motores de inducción trifásicos.
Ellis,
M. (2007). Experience with energy efficiency regulations for electrical
equipment. Paris, France:
International Energy Agency, OECD/IEA.
Maruszczyk, J., Lhenry, M., Helinko,
M., & Korendo, Z. (03 de 2009). En armonía. Definición de normas mundiales
de eficiencia energética. (A. A. Ltd., Ed.) Revista ABB, 50-55.
Mahla A., I. (2009). Proyecto piloto
de reemplazo de motores eléctricos en la minería de cobre - Chile. Santiago
de Chile: Hernán Sierralta Wortsman - International Copper Association, Ltd.
Walde,
P., & Brunner, C. (2011). Energy efficiency policy opportunities for
electric motor-driven systems. France:
InternatIonal energy agency-OECD/IEA.
