ALBERT GINESTÀ, BARCELONA, 23 DE MARÇ

TECNOLOGÍA PER ESTALVIARCONSUMIR DE FORMA RACIONAL

1

Perspectiva mundial energética

2

Perspectiva mundial energética

China

94% 177%

India

116% 261%

Europe and

North America

5.4% 26%

140%89%Growth in primary

energy demand

Growth in

electricity demand

IEA forecast 2007-30

M. East and

Africa

3

Escenario future de emisiones según IEA

2000 2007 20302020

CO2 emissions

(Gigatonnes)

40

30

20

57%

20%

10%

10%

Energy

efficiency

Renewables

Nuclear

CCS*

Current trend

450 Policy

Scenario*Carbon capture and storage

Biofuels (3%)

World energy-related CO2 savings by policy measure under 450 Policy Scenario relative to Reference ScenarioSource: IEA, World Energy Outlook 2009

4

¿Incrementar ventas o disminuir costes?

Situación actual Reducción 1% costes Incremento ventas 8%

Facturación 100€ 100€ 108€

Coste 80€ 79,2€ 86,4€

Margen bruto 20€ 20,8€ 21,6€

S&A (otros costes) 10€ 10€ 10,8€

Beneficios 10€ 10,8€ 10,8€

Una reducción de costes de 1% supondría el mismo beneficio que un incremento de ventas del 8%.

5

¿Qué tienen en común todos estos sectores?

6

Uno que no para de dar vueltas

7

¿dónde está la eficiencia en los motores?

POutput

load

PInput

LossesP

8

Pérdidas de 2,92 kW

¿eficiencia?

IE1 92,1% EficienciaIE3 95,1% Eficiencia

39,92 kW39,29 kW

Pérdidas de 2,29 kW

37 kW

AHORRO !!!

0,63 kW x 0,14€ x 6.000 hrs

529,2 €/AÑO

2,4 toneladas CO2 (según CE)

9

Normativas – Directiva – EU MEPS

• Derivado de la adopción por parte de Europa de la

“Eco Design Directive” (2005/32/EC)

• En 2009 se aplica a los motores eléctricos.

• Existen dos NORMAS IEC:

Directiva EU

. EU MEPS

European Minium Energy Performance

Standard

Estándar de rendimiento mínimo de

energía Europeo

• Calendario Implementación

10

Normativa - Directiva

11

Haga clic para modificar el estilo de texto del patrónSegundo nivel

EU MEPS

Fase 1:

Desde 16 de Junio, 2011

Los motores deberán tener rendimiento

IE2 (equivalente al EFF1 actual)

Fase 2:

Desde 1 de Enero, 2015

Los motores entre 7,5 y 375 kW

deberán tener rendimiento IE3

(equivalente al premium) o rendimiento

IE2 si están accionados por

convertidor.

Fase 3:

Desde 1 de Enero , 2017

Los motores entre 0,75 y 375 kW

deberán tener rendimiento IE3

(equivalente al premium) o

rendimiento IE2 si están accionados

por convertidor

12

Nueva IEC 60034-30: International Efficiency (IE) Classification

60 Hz: US NEMAPremium regulation

Standard efficiency

IE1

High efficiency

IE2

Premium efficiency

IE3

CEMEP

EFF2

CEMEP EFF1

-15%

-10%

Super PremiumIE4

13

Obligaciones para IE2 con Convertidor

La información sobre la obligación de utilizar un convertidor de frecuencia

o VSD (Variable Speed Drive) debe aparecer en la placa de características

o bien en una etiqueta o placa adicional en el motor y en la documentación

técnica del motor.

14

Estudio LOT 30 El futuro de la eficiencia energética

Próximamente:

15

El futuro de eficiencia energética: MEPS actuales y futuras

16

Costes de un motor

92%

5%

3%

Consumo

Mantenimiento

Compra

17

El precio del motor ¿es lo más importante?

18

¿rebobinar?

19

¿rebobinar?

FICHA MOTOR:

37 kW

4 polos

Continous Service

8000 horas

ESCENARIO 1 ESCENARIO 2

Rebobinado motor bajo rendimiento IE1 Nuevo motor alto rendimiento IE3

Coste rebobinado: 650 € Precio motor nuevo de alto rendimiento: 1605 €

Incremento costes operación anual

pérdida 1.1% rendimiento: 235 €

Ahorro en costes operación anual aumento 3%

rendimiento: 711 €

Coste total en 1 año: 885 € Coste total en 1 año: 894 €

¿y en 5 años? ¿y en 10 años?

20

Y....¿? ¿cuantos motores tengo realmente?

AHORRO !!!

0,63 kW x 0,14€ x 6.000 hrs

529,2 €/Año

Por 10 – 15 años

5292€ - 7938€ por un solo motor !!!

¿Cuántos motores hay

en mi instalación?

¿Cuantas bombas y

ventiladores tengo?

21

¿Y despúes del motor que hacemos?

22

Adaptarse a la demanda, nos permite ahorrar

23

¿Qué nos encontramos en las instalaciones?

24

Esquema base de un convertidor de frecuencia

Agenda

Uline UDC Uout

IGBT

25

Eficiencia para cargas de par constante/variable

Tipos de carga:

Par Constante -- La potencia varía linealmente con la velocidad –

Elevadores, transportadores, prensas de impresión, bombas de

desplazamiento positivo, algunas mezcladoras y extrusoras, compresores

recíprocos, además de compresores rotatorios.

Par Variable -- La potencia varía el cubo de la velocidad

Bombas centrífugas, ventiladores, compresores, mezcladores, generadores

eólicos, instalaciones de aire acondicionado, refrigeración

26

Cargas de par constanteLa potencia varía linealmente con la velocidad

Velocidad (%RPM), Flujo (%GPM o %CFM)

Po

ten

cia

(%H

P)

(%k

W)

100

100

75

75

50

50

25

250

Velocidad (%RPM), Flujo (%GPM o %CFM)

Po

ten

cia

(%H

P)

(%k

W)

100

100

75

75

50

50

25

250

Velocidad (%RPM), Flujo (%GPM o %CFM)

Po

ten

cia

(%H

P)

(%k

W)

100

100

75

75

50

50

25

250

Velocidad (%RPM), Flujo (%GPM o %CFM)

Po

ten

cia

(%H

P)

(%k

W)

100

100

75

75

50

50

25

250

27

Cargas de par variableLa potencia varía el cubo de la velocidad

Velocidad (%RPM), Flujo (%GPM o %CFM)

Po

ten

cia

(%H

P)

(%k

W)

100

100

75

75

50

50

25

250

Velocidad (%RPM), Flujo (%GPM o %CFM)

Po

ten

cia

(%H

P)

(%k

W)

100

100

75

75

50

50

25

250

Velocidad (%RPM), Flujo (%GPM o %CFM)

Po

ten

cia

(%H

P)

(%k

W)

100

100

75

75

50

50

25

250

Velocidad (%RPM), Flujo (%GPM o %CFM)

Po

ten

cia

(%H

P)

(%k

W)

100

100

75

75

50

50

25

250

12

28

Sistema de regulación más comunes

29

¿donde están los ahorros?

Velocidad (%RPM), Flujo (%GPM o %CFM)

Po

ten

cia

(%H

P)

(%k

W)

100

100

60

80

40

40

20

200

60

80

On/off

byPass

Estrangulación

Drive

EFICIENCIA ENERGÉTICA

30

Eficiencia energética en par constante? Claro que sí.

• Pero………..y con las aplicaciones que trabajan al “100%” no hay posibilidad de ahorros?

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

Po

ten

cia

y p

ar

Velocidad (%)

PotenciaPar

95

Reducir un 5% la velocidad o ajustar la frecuencia

entre 3 y 3,5Hz permite aprox un 15-20% de ahorro

31

Beneficios tangibles

Ventajas respecto a otros sistemas mecánicos:

No existen partes mecánicas

Electrónico

Menor mantenimiento

Menos ruido

Ocupa menos espacio

Beneficios del convertidor :

Alimentación: El convertidor nos protege de fluctuaciones que pueda tener la línea

(Sobre tensiones - Sub tensiones – Micro cortes, fallos de tierra, etc).

Eliminamos los picos de corriente en el arranque:

En el motor & correas y cojinetes

Problemas de tierra o aislamiento

Sobrecalentamiento

Sobrecargas y subcargas

Función bloqueo

32

Otras ventajas de los convertidores de frecuenciaEquipos regenerativos

• Tradicional

• ‘Chopper’ + resistencias

• Energía se transforma en calor quemamos el

dinero al aire

• Elementos de instalación complicada

• Solución más económica a corto

• Regenerativo

• Verter energía a causa del frenado

doble beneficio

• Cos phi = 1

• Frenado instantáneo

• ¿Ahorro? Por supuesto !!!

33

Convertidor regenerativo AEC

¿Porqué es mejor?

Factor de potencia cercano a 1 en la

curva de carga, menos perdidas

Cumple IEEE519, el THID queda por

debajo del 5%

Se reduce el efecto skin en los

cables, ayuda al transformador

No se desperdicia energía, se

aprovecha en otro proceso

Ahorro en resistencias y en la gestión

del calor

Curvas de carga

34

Algunas aplicaciones regenerativas

35

¿Ahorros?

36

Funciones y macros

Más ventajas de usar un convertidor de frecuencia:

Funciones PLC internas entradas digitales/analógicas

Funciones PID

Macros:

Bombas centrifugas

Control multibomba, anti-jam, bombas a dormir

Ventiladores centrifugos

Ventilador/bomba con circuito cerrado

Aplicaciones HVAC

Cintas transportadoras

Compresores de tornillo

Desplazamientos de cintas

Control de par

Un PID (Proporcional Integral Derivativo) es

un mecanismo de control por realimentación

que calcula la desviación o error entre un valor

medido y el valor que se quiere obtener, para

aplicar una acción correctora que ajuste el

proceso

37

Macro multi-bomba

Relación maestro-esclavo

¿y el ahorro?

PT

38 Docum

ent

nam

e –

Auth

or

–D

ate

El programa de CONTROL DE BOMBAS es capaz de detectar los siguientes errores del sistema:

Detección de POZO SECO Detección de TUBERÍA ROTA Transductor de presión averiado

Macro multi-bombaDetección de errores

39

Eficiencia energética del convertidor de frecuenciaBombas sumergidas

Prevención de atasco y limpieza:

Empieza si el nivel de intensidad supera un límite preestablecido que indique un posible atasco

Por tiempo de funcionamiento

Por entrada digital

Velocidad

Tiempo

40

Eficiencia energética del convertidor de frecuenciaBombas a dormir

Operativa

Se ponen las bombas a

“dormir” en el horario de

menos demanda, justo antes

se eleva el nivel de agua y de

esta manera prolongar el

tiempo de “sueño” de las

bombas.

Beneficio

Conseguimos ahorro de

energía arrancando o menos

bombas o menos veces la

misma bomba.

Principalmente hoteles y hospitales

41

Eficiencia energética del convertidor de frecuenciaProtección en la instalación

Más beneficios de los convertidores de frecuencia:

Ahorro energético

Ampliación de la vida útil de las bombas y ventiladores

Protección y control de la bomba (golpe de ariete, bomba seca,

cavitación)

Protección y control del ventilador (Flystar, rueda libre, etc…)

Reducción del mantenimiento (la instalación padece menos stress

mecánico)

Reducción de ruido (Eléctrico & mecánico)

Menor maniobra eléctrica y menos elementos (térmicos, temporizadores,

etc)

Conexión con un SGE (Fácil interconexión)

42

Eficiencia energética del convertidor de frecuenciaAhorros del própio equipo

Control de flujo del motor (flujo/par)

Gestión de la ventilación del equipo

Adaptación de la frecuencia de conmutación en función de las

necesidades

Función Stand-by (70-80% ahorro) y desconexión inteligente

43

Eficiencia energética en el propio convertidorControl de flujo del motor f/V

Función de ahorro energético: El punto de operación está optimizado para

que el consumo de potencia se mantenga al mínimo posible.

Sa

ve

d P

ow

er

Con

su

mp

tio

n [

W]

Load [%]

Ejemplo: 3kW Motor (BN100LB4)

Ejemplo de ciclo de carga:

- Duty Cycle: 80%

- 10% sin carga

- 50% a 40% de la carga

~252kWh energía ahorrada x año

~ 50,- € ahorrado x año

~ 500,- € ahorrados en 10 años

44 Docum

ent

nam

e –

Auth

or

–D

ate

Funcionalidad:

El punto de operación del motor está optimizado así que el consumo de

potencia se mantiene a niveles mínimos y el ahorro de energía en

máximos.

Para operaciones con motores asíncronos

Para cargas parciales en convertidores

Para convertidores sin altas o frecuentes variaciones de carga.

Operativa:

Activación:

via digital input o señal lógica.

Grado de reducción:

se determina automáticamente o por un valor ajustado.

Eficiencia energética en el propio convertidorControl de flujo del motor f/V

Círculo de Heyland

i

Plena carga

T

TT

Carga parcial

Círculo de Heyland con ahorro de energia activado

45

Eficiencia energética en el propio convertidorGestión ventilación equipo

Ventiladores controlados por temperatura:

Los ventiladores interiores del convertidor se controlan a 2 velocidades.

Si la temperatura máxima permitida se alcanza, los ventiladores interiores se activaran a la mitad de su velocidad.

Los ventiladores se desactivarán tan pronto como descienda la temperatura.

Si la temperatura interior se encuentra 5ºC por encima del programado, se activarán los ventiladores a plena velocidad.

46

Eficiencia energética en el propio convertidorAdaptación frecuencia conmutación según necesidades

Cambio automático de la frecuencia de conmutación:

Las pérdida de potencia de los componentes electrónicos dependen de la frecuencia de conmutación

En el caso de una alta corriente de carga, p.e. durante la aceleración de grandes cargas, la frecuencia de conmutación se reduce temporalmente.

Si la corriente desciende de nuevo, después de la fase de aceleración, el convertidor cambiará automáticamente la frecuencia de conmutación a una superior.

47 Docum

ent

nam

e –

Auth

or

–D

ate

Reduce el consumo de potencia en el convertidor de frecuencia.

El display se desconecta si no pulsamos ningún botón durante un tiempo

determinado.

El display se vuelve a activar:

Cuando se pulsa un botón

Cuando aparece un error o mensaje de alarma.

Desconexión

Switch-off

El convertidor de frecuencia reduce su propio consumo si

las entradas STOA y STOB están desconectadas.

Por programación los siguientes componentes pueden ser

desconectadas:

Panel de operación (keypad) display

Control entradas y salidas

Ventiladores

Modulos comunicación CM

Eficiencia energética en el propio convertidorFunciones Stand-by

48

Bonfiglioli vs otros:

D = 16W

18W

6W

2W

Ahorro de energía sobre el tiempo de vida:

16W * 12h * 365 dias * 10 años

Coste energía: 0,14€ / kWh

~ 100,- €

700kWh

Eficiencia energética en el propio convertidorConsumo en kWh de los convertidores Bonfiglioli

49

Ahorros típicos en aplicaciones:

Máquinas téxtiles: 80 – 90% 28,- … 56,- €

Madera - piedra- marmol: 55 – 65% 98,- … 126,- €

Calefac, ventilación, aire acond. : 15 – 20% 224,- … 238,- €

Cortadora de carne: 5 – 10% 252,- … 266,- €

Grúas, elevación: 4 – 8% 258,- … 269,- €

Puertas automáticas: < 1% > 277,-

Ciclo de trabajo AhorroAplicación

D = Horas trabajadasHoras operativo

* 100%

Eficiencia energética en el propio convertidorFunciones Stand-by

50

Instalaciones más eficientesUnir buses de corriente continua

Operativa

Compartir la energía generada

por una carga en deceleración o

arrastre con otra en modo de

arrancada

Compartir energía en el bus DC

Beneficios

Reducción de consumo en AC

Menor justificación del uso de

resistencias de frenado

AC

DC

Bomba Compresor AgitadorVentilador

51

Instalaciones más eficientesDC bus común + Módulo de regeneración

AC

DC

Bomba Compresor AgitadorVentilador

Operativa

Compartir la energía generada

por una carga en deceleración

o arrastre con otra en modo de

arrancada

Compartir energía en el bus

DC

Beneficios

Regeneración/inyección a red

del sobrante de energía

Reducción de consumo en AC

Menor justificación del uso de

resistencias de frenado

52

Instalaciones más eficientesAlimentación por el DC bus

Operativa

Uso de aplicaciones, con difícil acceso a

AC de red

Beneficios

Uso de energía renovable

Posibilidad de conexión con alimentación

AC y módulo de regeneración AEC

DC

Bomba Compresor AgitadorVentilador

Batería

Condensadores

53

Protocolos de comunicación

RS 432/485

54

El convertidor de frecuencia Bonfiglioli CONTROLA

56

¿Incrementar ventas o disminuir costes?

Situación actual Reducción 1% costes Incremento ventas 8%

Facturación 100€ 100€ 108€

Coste 80€ 79,2€ 86,4€

Margen bruto 20€ 20,8€ 21,6€

S&A (otros costes) 10€ 10€ 10,8€

Beneficios 10€ 10,8€ 10,8€

Una reducción de costes de 1% supondría el mismo beneficio que un incremento de ventas del 8%.

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Tu mejor y más optima solución

Mecatrónica Sostenible una sola solución, un solo interlocutor

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albert.ginesta@bonfiglioli.com