2on cicle tèncic d'energia a la indústria Jornada eficiència energètica en motors elèctrics Ponent: Lluis Lorenzo. Factor Potencia

1. Mecanismes i alternatives
d'eficiència energètica
Com estalviem energia amb motors elèctrics
Lluis Lorenzo

2. Energia i eficiència en els motors elèctrics

3. Mecanismes per la eficiència
Básic
Ajust en el disseny
Aplicació de la energia mecànica
Aplicació de la energia elèctrica:
- sistemes per arrancar
- sistemes de variació de velocitat
- compensació de la energia reactiva
- solucions per problemes harmònics

4. Mecanisme bàsic de eficiència
Els motors que estan parats son els que estalvien més energia.

5. Ajustar el disseny
Al mercat hi ha motors en diferents:
velocitats (3000-1500-1000-750)
potencies (0,09..1000 kW) en baixa tensió
eficiències (IE2, IE3, IE4)
Hi ha normes internacionals que asseguren la intercanviabilitat entre totes les marques i el compliment de les normes
d’eficiència de cada zona: UE = Motors elèctrics han de complir mínim amb IE3, o IE2 si van amb variador. (0,75-355 kW)
Quin motor hauríem de escollir:
- millor eficiència
- potencia suficient
- velocitat que necessiti la nostra aplicació.

6. Ajustar el disseny
Si agafem una potència molt per sobra de la que necessitem perjudicarem la
eficiència, ja que els valors de eficiència de la norma son vàlids entre el 75 i el
100% de la potencia nominal.
Si el nostre motor està per sota d’aquest 75% es millor passar a un motor més
petit, que ens oferirà una millor eficiència i també un millor factor de potencia.
Els motors que tenen més de 10 anys d’antiguitat estan construïts amb uns
requisits de rendiment molt inferiors als actuals.
(fins un 30% més de pèrdues)
Aprofitar motors antics per màquines noves es un mal negoci.

7. Aplicació de la energia mecànica
El motor converteix energia elèctrica en mecànica entregant parell i velocitat al
seu eix que a la vegada es connecta a la màquina mitjançant:
- acoblament directe (màxim rendiment)
- politges i corretges (evitar tipus V (90-95% eff) millor síncrones/dentades 98% eff)
- reductors mecànics ( aprox 10% pèrdues per cada etapa de reducció)
Politges i reductors, s’utilitzen per adequar les velocitats “Standard” dels motors a la necessària pel
procés. Si els podem eliminar posant un sistema de variació de velocitat tindrem un millor rendiment.
Eficiencia mecànica del accionament = eficiència motor x eficiència corretges x eficiència reductor

8. Rendiment : mecànic, elèctric, global - Exemple
Motor 3 kW rendiment 87,7%
Corretges + politges en V : rendiment 92%
Reductor 2 etapes 1:130 rpm rendiment 80%
Carrega mecànica a moure: 2 kW
Potencia necessària a eix motor 2,72 kW 2 x (1/0,8) x (1/0,92) kW mecànics necessaris en eix motor
Potencia elèctrica consumida: 3,10 kW = 2,72 kW mec x (1/0,877)
Rendiment del conjunt: 2 kW mec / 3,10 kW elect. = 65% 1,1 kW pèrdues

9. Sistemes per arrancar motors
Arranc directe (D.O.L)
El motor asíncron te una arrencada “brusca” :
- Alt parell
- Bona acceleració
- Consum elevat (fins 8 vegades el nominal)
- Esforços en acoblaments
- Apte per motors “petits” (< 7,5 kW)

10. Sistemes per arrancar motors
Estrella-Triangle (Y/D)
Aprofitant les connexions del motor i portant
6 cables en lloc de 3, amb 3 contactors
podem obtenir una arrancada amb menys
consum, sacrificant parell acceleració i
allargant-la amb el temps
Mètode “tradicional” per motors > 7,5kW
abans de l’aparició dels arrencadors suaus.

11. Sistemes per arrancar motors
Arrencadors Suaus (Softstarters)
Control de la tensió durant la arrancada
Limitació de parell
Limitació de la intensitat (entre 3 i 5 xnominal)
Allarga vida mecànica dels acoblaments

12. Sistemes per arrancar motors
Arrencadors Suaus (Softstarters)
Ajust temps arrencada
Ajust temps parada
Protecció sobrecàrrega incloses
Protecció desequilibri/falla fase
Bypass després arrancada assegura màxima
eficiència del motor.

13. Sistemes per arrancar motors
Arrencadors Suaus (Softstarters)
Important protegir el motor contra
sobrecarregues a l’arrancada.
Factor temps / intensitat

14. Variadors de freqüència
Arrancan i controlen velocitat i parell motor durant tot el seu funcionament

15. Variadors de freqüència
Adapten les prestacions del motor a les necessitats del procés.
ESTALVI ENERGETIC

16. Variador de freqüència
Aplicacions principals on s’estalvia energia
Bombes i ventiladors
-ajustant cabal/pressió a les necessitats
-curva parell/velocitat cuadràtica
Estalvi energètic mig:
20-50% segons dimensionament bomba
Atenció: pèrdues variadors 3% - 5%

17. Variador de freqüència
Aplicacions llaç tancat
PID Control
- Supervisió de una senyal
(variable) de procés: pressió,
temperatura, cabal, etc.
- Punt de consigna (fixe/variable)
- Adaptació automàtica de
velocitat i potencia consumida

18. Variador freqüència
PFC Control PI multibomba
1 bomba regulada
Bombes secundaries amb
softstarter / DOL
-------------------------------------
Totes les bombes
regulades amb variador i
control compartit

19. Variador de freqüència
El motor com a sensor
- Estalvi energètic

20. Variador de freqüència
Font d’informació
per anàlisi de
carregues i
oportunitats de
estalvis

21. Variador freqüència - regeneratius
Aprofitant els moments de
desacceleració o frenada per injectar
potencia a la xarxa
Aplicacions (grues, centrifugues,
ascensors, etc)

22. Variador freqüència – Eines per calcular estalvi
Bombes i
ventiladors

23. Variador freqüència – Eines per calcular estalvi
Compressors

24. Auditories energètiques
- Realitzar mesures i
estudi, no suposicions
- Enfoc temps / potencia
- Prioritzar inversions
per ROI

25. Compensació energia reactiva / estalvi energètic
Els motors consumeixen “sempre”
energia reactiva
Amb condensadors podem
compensar-la evitant el pas
d’aquesta per cables i
transformadors
- Major energia disponible
- Menys pèrdues per escalfament

26. Compensacio reactiva – local / centralitzada
Respecte a la eficienca energètica, quan mes local respecte a la carga més
eficiència aporta.
Individual / local grup centralitzada

27. Harmònics
Generan sobrecarga a línies i transformadors
Generadors de harmònics:
Convertidors freqüència
Solucions:
Convertidors baixos harmònics
Filtres actius o pasius