Download ahorro de energía eléctrica en motores y compresores

Un motor eléctrico es un dispositivo que
convierte la energía eléctrica en energía
mecánica
 Wen = Energía de entrada en forma eléctrica
 Wsal = Energía de salida en forma mecánica
 Wper = Energía perdida durante el proceso
en forma de calor


La eficiencia es la capacidad que tiene
el motor de convertir la potencia
eléctrica (entrada) en potencia
mecánica útil (salida).






Pérdidas fijas: No
dependen de la carga
– Pérdidas magnéticas o
pérdidas en el hierro
– Pérdidas por fricción y
ventilación
Pérdidas variables:
dependen de la carga
– Pérdidas en los
devanados o perdidas
eléctricas
– Pérdidas indeterminadas

Variación de tensión:
› Reducción de eficiencia, incrementa
la corriente de arranque, debido a
que las corrientes magnetizantes se
incrementan exponencialmente
› Mayor consumo de energía para
compensar la potencia solicitada por
el par,, sobrecalentamiento, afecta el
aislamiento del motor y reduce la
vida útil del motor
Desbalanceo de fases: provoca un flujo
magnético de secuencia negativa que
ocasiona una corriente desbalanceada,
de valor mayor que en condiciones
normales. Las corrientes negativas crean
torques que se oponen al par normal del
motor, provocando vibraciones
 Motores sobredimensionados: Los motores
eléctricos tienen una curva de
comportamiento de eficiencia de acuerdo
al factor de carga al que están operando


Con un motor reembobinado hay una
disminución de la eficiencia del motor:
› Taller adecuado: la eficiencia disminuye de
1 a 2%
› Taller de mala calidad: la eficiencia puede
disminuir hasta un 6%
› Es común considerar un 3% de disminución
de eficiencia por reembobinado

Un FP bajo comparado con otro alto,
origina, para una misma potencia, una
mayor demanda de corriente, lo que
implica la necesidad de
utilizar cables de mayor sección








Es conveniente contar con especificaciones del
motor y con la siguiente información antes de
seleccionar un motor:
Potencia del motor, eficiencia, tensión de
operación, etc.
Temperatura de operación y clase de aislamiento.
Carga inicial y número de arranques esperados.
Torque de arranque.
Tipo de carcasa.
Ambiente de trabajo.
Protección térmica.
Tipo de montaje.
• Seleccionar el punto real de carga;
debe ser aplicado entre un 75% y un
100%.
• Seleccionar el motor adecuado al ciclo
de trabajo.
• Seleccionar el armazón del motor de
acuerdo al ambiente.
• Seleccionar correctamente la velocidad
del motor.
Seleccionar adecuadamente el sistema
de enfriamiento.
• Utilizar motores de inducción trifásicos en
lugar de monofásicos.
• Utilizar motores síncronos en lugar de
motores de inducción.
1. Efectuar correctamente la instalación
eléctrica y el montaje de los motores y
su carga.
2. Realizar en forma correcta la conexión a
tierra.
3. Evitar instalar motores en lugares
reducidos.
4. Corregirla variación de tensión en los
alimentadores. POR NORMA: +/- 5%,
pero se recomienda que sea menor a
un +/- 1%.
5. Balancear la tensión de alimentación de
motores trifásicos, que está no sea
mayor al 3%.
6. Compensar el factor de potencia.
7. Evitar en medida de lo posible el
arranque y la operación simultanea de
los motores.
8. Utilizar arrancadores a tensión reducida.
9. Cambiar arrancadores convencionales
por electrónicos.
10. Sustituir poleas, engranes o bandas
para reducir la velocidad por variadores
de frecuencia electrónicos.
11.Utilizar variadores de velocidad ,
cuando la carga sea variable.
12.Acoplar directamente el motor a la
carga siempre que el accionamiento lo
permita.
13. Instalar acoplamientos flexibles.
14.Instalar equipos de control de
temperatura.
15.Mantener en buen estado y calibrados
las protecciones de sobrecalentamiento
y sobrecarga.
16.Revisar periódicamente las conexiones
eléctricas del motor.
17.Mantener en buenas condiciones los
sistema de ventilación y enfriamiento.
18.Verificar frecuentemente la alineación
de la carga.
19.Reparar o cambiar ejes del motor y de
la transmisión dañados.
20.Mantener en optimas condiciones los
cojinetes del motor.
21. Realizar periódicamente lecturas de los
parámetros eléctricos.
22. Efectuar rutinariamente la limpieza del
motor.
• Seleccionar el punto real de carga;
debe ser aplicado entre un 75% y un
100%.
• Seleccionar el motor adecuado al ciclo
de trabajo.
• Seleccionar el armazón del motor de
acuerdo al ambiente.
• Seleccionar correctamente la velocidad
del motor.
El
ahorro de energía comienza
desde la selección
apropiada de los motores.
Los mayores ahorros de energía
eléctrica
obtienen cuando el motor y su
carga operan a su máxima
eficiencia.
Las tarifas eléctricas para la
industria), hacen un cargo por
demanda máxima (kW).
La demanda es registrada
simultáneamente durante un
lapso de 15 minutos.
Recomendaciones
1.
Elegir correctamente la
potencia del motor.
2.
Seleccionar el motor de
acuerdo con su ciclo de
trabajo.
3. Seleccionar correctamente la
velocidad del motor.
4.
Sustituir los motores antiguos o de uso
intenso.
5. Efectuar correctamente la
instalación eléctrica y el montaje
de los motores y su carga.
6. Realizar en forma correcta la
conexión a tierra de los motores.
7. Evitar concentrar motores en locales
reducidos o en lugares que puedan dificultar
su ventilación.
8. Corregir la caída de tensión en los
alimentadores. Las normas permiten una caída
máxima del 3% pero es recomendable que
no rebase el 1%.
9. Compensar la energía reactiva
demandada por los motores de corriente
alterna más importantes o con mayor
número de horas de funcionamiento.
10. Evitar hasta donde sea posible el
arranque y la operación simultánea
de motores.
11. Utilizar arrancadores a tensión
reducida, en aquellos motores que
realicen un número elevado de
arranques.
12. Utilizar arrancadores estrellatriángulo o de devanado partido.
13. Sustituir en los motores de rotor devanado,
los reguladores con resistencias para el control de
la velocidad, por reguladores electrónicos más
eficientes.
14. Instalar arrancadores electrónicos en lugar de los
reóstatos convencionales para el arranque
de los motores de corriente directa.
15. Sustituir motores con engranes, poleas,
bandas u otro tipo de transmisión.
16. Evaluar la posibilidad de conectar la
ventilación solamente durante las bajas
Velocidades.
17. Acoplar directamente el motor a la
carga siempre que el accionamiento lo
permita.
18. Instalar equipos de control de la
temperatura del aceite de lubricación de
cojinetes.
19. Mantener en óptimas condiciones
los sistemas de ventilación y enfriamiento
de los Motores.
20. Verificar periódicamente la alineación
del motor con la carga impulsada.
21. Reparar o cambiar los ejes del motor y
de la transmisión, si se han doblado por
sobrecarga o por mal uso.
22. Mantener en buen estado los medios de
transmisión entre el motor y la carga, tales
como: poleas, engranes, bandas y cadenas.
23. Realizar la inspección periódica del
motor, incluyendo lecturas de corriente,
potencia (kW), velocidad (rpm),
resistencia de aislamiento, etc.
24. Efectuar rutinariamente la limpieza del
motor.
25. Mantener actualizados los
manuales de operación de los
motores,
26. Colocar carteles con instrucciones
concretas para los operarios.

Se refiera a una tecnología o aplicación
técnica que hace uso de aire que ha sido
sometido a presión por medio de un
compresor. El uso del aire comprimido tiene
la ventaja sobre la hidráulica de ser más
rápido, pero menos preciso en el
posicionamiento de los mecanismos y no
permite fuerzas grandes.
Máquina de fluido que está construida
para aumentar la presión y desplazar cierto
tipo de fluidos llamados compresibles, tal
como lo son los gases y los vapores. Su
principio de funcionamiento se basa en la
primera y segunda ley de la
termodinámica.
Ventajas
Desventajas
•Mayor eficiencia adiabática y
coste de potencia.
•Menos sensible a cambios de la
composición del gas.
•Aplicable
en
industrias
alimenticias, farmacéuticas ,
químicas y hospitales.
•Rendimiento energético 6.2 – 5
kW/m3 min.
•Alto coste inicial y
mantenimiento.
•Tamaño y peso elevado.
•Motores de baja velocidad y
alto mantenimiento.
•Usan lubricantes, que al
carbonizarse se adhiere creando
sobrecalentamiento,
lo
que
reduce la eficiencia en 15%.
Ventajas
Desventajas
•El gas no hace contacto con las
partes rotatorias metálicas.
•Se
utilizan
mucho
como
bombas de vacío.
•Poseen la capacidad de ser de
velocidad variable.
•Utilizado en la industria de la
madera, por su limpieza y
capacidad.
•Consumo de potencia superior
al de compresores alternativos.
•Rendimiento energético 7.1 –
5.6 kW/m3 min.
•Perdida de capacidad y quizás
serios daños por
sobrecalentamiento.
Ventajas
Desventajas
•Menor costo inicial y de •Rango operativo limitado.
mantenimiento.
•Limite inferior de caudal.
•Menor tamaño y de alta •Alto costo de la potencia del
velocidad.
motor.
•Industria petroquímica y
la •Sensible a cambios en la
composición y densidad del
minería.
•Rendimiento energético 6.25 – fluido.
5.1 kW/m3 min.
a)
b)
c)
d)
Medida de las pérdidas que resultan de la
divergencia entre el ciclo real y el ciclo
teórico de compresión. Perdidas:
Rozamiento interno a causa de no ser el
fluido un gas perfecto y a causa también
de las turbulencias.
Retraso en la apertura de las válvulas de
admisión y escape.
Efecto de las paredes del cilindro.
Compresión politrópica.
Cuando son insignificantes los cambios de energía
potencial y cinética del gas mientras éste es
comprimido, el trabajo de entrada para un compresor
adiabático es igual al cambio de entalpía, por lo que
para este caso la ecuación de rendimiento adquiere la
forma:
Los compresores mejor diseñados tienen eficiencias
isentrópicas de 80 a 90%.


Extrae del aire comprimido todas las impurezas
y el agua condensada. El filtro tiene por misión:
Detener las partículas sólidas.
Eliminar el agua condensada en el aire.




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




Utilizar compresores de tornillo de velocidad variable.
Arreglar fugas.
Utilice buenas abrazaderas en todas sus mangueras.
Buscar que la toma de aire de compresores sea de un
lugar frío, de esta forma, eliminaremos en lo posible la
generación de vapor de agua.
Limpiar regularmente los filtros de aire.
Cancelar ramales sin uso.
Utilizar en los compresores, aceite sintético de bajas
pérdidas
Instalar secadores por refrigeración.
Cambiar a tuberías más grandes las que tienen mayor
flujo. No debe existir una caída de presión superior al
5% entre el compresor y el punto de utilización más
lejano.
Usar válvulas de corte cuando parte de una fábrica no
utiliza aire durante un periodo largo.
NOM-ENER-016-1997
 NMX-J-433-ANCE-2005
 La NMX-J-075/1-1994-ANCE
 La NMX-J-075/2-1994-ANCE

De la energía eléctrica que
se genera en
México, alrededor del
70%
la consumen
en su
funcionamiento los motores
eléctricos,
distribuidos en la industria, el
comercio, los
servicios y el hogar
•
ISO 1217:1996
• ISO/7919
• ISO/10816
Piensa en ahorrar energía,
piense en SMC
Ahorro de Energía
Cómo una medida para contrarrestar el calentamiento global de la
tierra, surgió en la conferencia de Cambios Climatológicos
celebrada en Kyoto Japón el concepto “ahorro de energía”, el
cual tiene como objetivo reducir un 6% las emisiones de CO2
producidas entre 1990 y el 2010, para esto es obligatorio que
todas las compañías que tengan una demanda alta en energía
deberán de predecir de cuanto serán sus ahorro de esta
durante este periodo de tiempo.
Ahorro de Energía
El consumo de energía eléctrica generado por el trabajo de un
compresor de airé es de alrededor de un 20 % del consumo
total (Figura 1).
Ahora bien en la figura 2 se muestra el porcentaje de consumo de
airé en un sistema neumático, es necesario entender y
comprender estos consumos para controlar y reducir el gasto
de cada uno.
Ahorro de Energía
Lo anterior nos dice que el ahorro de energía comienza con la
medición de esta y la obtención de resultados.
Averiguar donde, cuanto cuesta y con que propósito la energía
esta siendo usada. Después investigar cuanto podemos
ahorrar como resultado de las mejoras.
Una efectiva implementación de mejoras de ahorro de energía
puede ser llevando a cabo un reconocimiento y control del
estado actual del consumo de energía y la obtención de los
valores en costo.
Razón de las
mejoras
Reconocer el
potencial de
las mejoras
Medición
Reconocer el
consumo
actual
Mejoras
Medición
Verificar el
consumo de
energía después
de las mejoras
Ahorro de energía
Ahorro de Energía
Para promover el ahorro de energía en un sistema
neumático es necesario hacer un análisis de cómo se
encuentra el actual sistema de consumo de airé y con
esto implementar las mejoras necesarias para el ahorro
de energía (costo beneficio) en nuestra área de trabajo.
Ahorro de Energía
Antes de la
mejora
Después de la mejora
Capacidad de operación del
compresor
Consumo pico (A)
Consumo (B)
Consumo (C) +
Operación continua del compresor
Ahorro de Energía
Consumo tipo A: Consumo por la operación de los
equipo de trabajo.
Consumo de cilindros.
Sistemas de sopleteo de aire.
Consumo por ejectores de vacío.
Consumo tipo B: Consumo por equipo de línea.
Consumo por purgas de aire.
Sistemas de sopleteo de aire para prevenir que material
extraño se adhiera al producto o proceso.
Sopleteo o barrido dentro de casetas de pintura.
Consumo tipo C:
Por fugas de airé.
Cortinas de aire etc.
Ahorro de Energía
Propuesta (1) Mantenimiento línea
principal
Medición de flujo
Antes de la mejora:
El consumo de airé es desconocido y no se tiene claro cuanto se esta gastando en
energía, por fugas, por lo cual el objetivo de esta mejora es conocer esos valores.
Después de la mejora:
Con el uso efectivo de los instrumentos de medición. Ahora se conocen los valores
reales de consumo de aire.
Ahorro de Energía
Propuesta (1) Mantenimiento línea
principal
Mantener la presión de línea
Antes de la mejora:
Las perdidas de presión en filtros son causadas por
saturación de los elementos filtrantes y atascamiento de
estos elementos, por lo tanto esto provoca un mayor
trabajo del compresor.
Después de la mejora:
Un mantenimiento regular y la implementación de
medidores de presión y equipo de monitoree de las
condiciones del elemento filtrante en cada unidad de
mantenimiento y filtro de línea, ayuda a realizar una
inspección constante de las condiciones del equipo de
línea principal y FRL’s.
Ahorro de Energía
Propuesta (1) Mantenimiento línea
principal
Ahorro de Energía
Propuesta (2) equipo sin operar
Reducción de las fugas de aire y desfogue del aire por purgas de
condensados cuando el sistema no esta en operación.
Antes de la mejora:
Durante el compresor esta en operación e inclusive cuando el equipo no
esta en operación, hay consumo de aire debido a fugas de aire.
Ahorro de Energía
Propuesta (2) Equipo sin operar
Después de la mejora:
El airé de alimentación es cortado cuando el sistema no esta en operación.
Ahorro de Energía
Propuesta (3) Reducción de consumo de aire en sistemas
de soplado de aire
Antes de la mejora:
Sistema de soplado sin boquillas para aire.
Ahorro de Energía
Propuesta (3) Reducción de consumo de airé en sistemas
de soplado aire
Después de la mejora:
Sistema de soplado con boquillas incorporadas.
Ahorro de Energía
Propuesta (4) Reducción de consumo de aire en
herramientas neumáticas.
Antes de la mejora:
En este caso como son pistolas de aire no se considera como un ahorro de energía en
la mayoría de las empresas y por lo tanto la presión es tomada de la línea principal.
Ahorro de Energía
Propuesta (4) Reducción de consumo de aire en
herramientas neumáticas.
Después de la mejora:
Fittings y manguera de mayor área han sido incorporadas, también un
regulador de presión para el control de la presión.
Ahorro de Energía
Propuesta (5) Fugas de aire
Eliminar las fugas de aire desde los elementos de la tubería
Antes de la mejora:
Del 20 al 50% del consumo de airé es causado por fugas de aire.
Ahorro de Energía
Ejemplos de fugas de aire
Ahorro de Energía
Cómo se eliminan las fugas de aire
Ahorro de Energía
Resultados de la mejora
Ahorro de Energía
Propuesta (6) Reducción de consumo de aire por medio
de un elementos mecánicos.
Antes de la mejora:
Un sensor neumático es utilizado para confirmar presencia de una pieza después de ser
maquinada.
A pesar de que el sensor a detectado la pieza este continua desfogándose a la atmósfera.
Ahorro de Energía
Propuesta (6) Reducción de consumo de aire por medio
de un elementos mecánicos.
Después de la mejora:
Se ha incorporado al sistema una válvula de rodillo y una electroválvula las cuales solo
suministraran aire al sistema cuando haya presencia de material.
Ahorro de Energía
Propuesta (7) Reducción de consumo de aire en casetas
de pintura.
Antes de la mejora:
En las casetas de pintura es necesario mantener en operación los agitadores de pintura todo el
tiempo, esto es con el objetivo de evitar que la pintura se coagule y se generen grumos.
El aire es suministrado de la misma manera si el sistema esta en operación o no esta en operación.
Ahorro de Energía
Propuesta (7) Reducción de consumo de aire en casetas
de pintura.
Después de la mejora:
El circuito neumático para los agitadores ha sido modificado para que una mínima
cantidad de aire sea suministrando al sistema cuando este no este en operación.
Ahorro de Energía
Propuesta (8) Reducción de consumo de aire por medio
de actuadores.
Antes de la mejora:
Un cilindro neumático de diámetro grande es utilizado para levantar y bajar una pieza con un peso
considerable.
Además utiliza unas guías externas lo cual incrementa sus dimensiones.
Ahorro de Energía
Propuesta (8) Reducción de consumo de aire por medio
de actuadores.
Después de la mejora:
Es incorporado al sistema un cilindro antigiro y doble fuerza de avance.
Ahorro de Energía
Propuesta (9) Generadores de vacío
Reducción del consumo de aire por el uso de generadores de vacío.
Antes de la mejora:
Para la manipulación de piezas por medio de vacío, es necesario un flujo
de succión grande, lo cuál exige el uso de toberas grandes y como
consecuencia de esto existe un consumo considerable de aire.
Ahorro de Energía
Propuesta (9) Generadores de vacío
Después de la mejora:
Con el uso de un generador de tres etapas se reduce el consumo de aire
inclusive con el mismo caudal de succión y presión de vacío.
Ahorro de Energía
Propuesta (10) Reducción de consumo de energía
eléctrica en un sistema de enfriamiento
Antes de la mejora:
En un sistema de enfriamiento para pistolas de soldadura, el agua de enfriamiento esta
constantemente siendo recirculado, incluso cuando el sistema no esta en operación.
Ahorro de Energía
Propuesta (10) Reducción de consumo de energía
eléctrica en un sistema de enfriamiento para soldadura.
Después de la mejora:
Es incorporada una válvula de paso la cual cierra el suministro de agua a la
pistola.
Ahorro de Energía
Propuesta (11) Clampeo Hidráulico
Antes de la mejora:
Un sistema hidráulico es utilizado para sujetar una pieza cuando esta siendo
maquinada.
Ahorro de Energía
Propuesta (11) Clampeo Hidráulico
Después de la mejora:
El sistema hidráulico de clampeo es sustituido por un sistema hidroneumático
y el sistema de avancé hidráulico es sustituido por un motor eléctrico.
Ahorro de Energía
Propuesta (12) Bajo consumo de energía/Tiempo de vida
largo
El consumo de energía se reduce por medio del uso de válvulas
solenoides que utilizan bajo consumo de energía. También el uso de
sello metálico aumenta el tiempo de vida de la válvula.