Curso en Auditoría y Ahorro Energéticogrupo_ene.webs.uvigo.es/wordpress/publicaciones...Energía...

EnergíaEléctricaAscensoresyEscalerasMecánicas

Módulo 4

Curso en Auditoría y Ahorro Energético:

Viviendas y Terciario

Vigo,19octubre2011

JoséCidrásyCamiloCarrillo

UniversidaddeVigo1

EscalerasMecánicas

Escalera mecánica (“escalator”, OTIS), conjunto de escalones móvilesdiseñados para el transporte de personas entre dos alturas. Su velocidadtípica está entre 0,5 y 0,75 m/s.Pasillo móvil (“travelator” o “moving walkway”), para desplazamiento enhorizontal o con pendientes muy suaves.

Introducción

2

EscalerasMecánicasIntroducción

Área 2008China 40 %Europa 19 %JapónandCorea 20%América 11%Restodelmundo 10%Unidades 500000

Escaleras en servicio

Área 2008China 52%Europa 13%JapónandCorea 11%América 5 %Restodelmundo 19%Unidades 42000

Escaleras nuevas

http://www.lift-report.de/index.php/news/361/373/Industry-report---Lifts-and-escalators-an-industry-in-flux 3

EscalerasMecánicas

Mercadodeescalerasmecánicas(2007)

Introducción

http://www.lift-report.de/index.php/news/361/373/Industry-report---Lifts-and-escalators-an-industry-in-flux

Otis20%

Schindler26%

ThyssenKrupp12%

Kone12%

Mitsubishi8%

Hitachi6%

Otros16%

4

EscalerasMecánicas

Ángulo de inclinación ()

des

niv

el (

H)

Piso inferior

Piso superior

pasamanos

escalón

Cadena de escalones

motor

multiplicadora Rueda de retorno

Arrastre pasamanos

L

x

y

• Desnivel (H en m), típ. entre 3 and 6 m• Angulo de inclinacion ( in grados), su máximo valor permitido es 30º, que puede llegar a los 35º para

desniveles inferiores a 6 m y velocidades de transporte por debajo 0,5 m/s• Profundidad del escalón (x en m), cuyo valor mínimo es 0,38 m.• Altura entre escalones (y en m), que debe ser superior a 240 mm.• Ancho del escalón (z en m), cuyos valores estándar son 0,6, 0,8 y 1,00 m y debe ser superior a 0,58 m

e inferior a 1,10 mm.• Velocidad nominal (v in m/s), su máximo valor es de 0,75 m/s para ángulos de hasta 30º y 0,5 m/s para

ángulos entre 30º y 35º.• Distancia recorrida (L en m) sin L h

Características

5

EscalerasMecánicas

• Capacidad teórica de transporte (Ct)

Donde k representa en número de pasajeros por escalón:k=1 para z = 0,6 m k=1,5 para z = 0,8 m k = 2 para z = 1,0 m

3600tC vk y

La capacidad efectiva de transporte ha de reducirse en un 80% con respecto a su valor teórica,debido a que a mayor velocidad mayor es el número de personas que muestran reticencias ausar este medio

Ancho nominal

Velocidad Nominal0,5 0,65 0,75

0,6 4500 pers/h 5850 pers/h 6750 pers/h

0,8 6750 pers/h 8775 pers/h 10125 pers/h

1 9000 pers/h 11700 pers/h 13500 pers/h

Capacidad teórica de transporte

Prestaciones

6

EscalerasMecánicas

Escalera mecánica 1 2 y 3Dirección transporte subida

Desnivel (m) 5,12 3,80Inclinación (º) 35

Capacidad de transporte teórica (pers./hora) 6.750EN 115-1 Capacidad de transporte efectiva

(pers./hora) 4.800Ancho de escalón (m) 0,8

Velocidad nominal (m/s) 0,5Potencia motor (kW) 5,50 4,00

Distancia recorrida (m) 9,0 6,6Nº de escalones 26 20,5

Prestaciones

7

EscalerasMecánicas

• Potencia (en W) para transportar N pasajeros:

Donde:o M es la masa del pasajero (típ. 75 kg)o g es la aceleración de la gravedad (9,8 m/s2)o η es la eficiencia de transporteo P0 es la potencia consumida por la escalera sin carga

0sin

MgvP P N

max 01 cos

3600

tC

P P MgH

• Potencia máxima (ó mínima) en W:

Potencia ideal por persona

Las pérdidad fijas P0 dependen del diseño mecánico (guiado de escaleras, rodamiento,reductora,...), velocidad y la altura entre pisos.

+ Escalera subida- Escalera bajada

Consumo

8

EscalerasMecánicas

0 50 100 150 200 2502000

2200

2400

2600

pow

er in

W

time in s

CON PASAJEROS POTENCIA VACÍO P0

Consumo

9

EscalerasMecánicas

0 50 100 150 200 250 2000

2200

2400

2600

0 50 100 150 200 250 0

1

2

Pote

ncia

[W]

Nº P

erso

nas

tiempo [s]

Potencia Potencia vacío

Consumo

10

EscalerasMecánicas

PRIMERAS HORAS

Prácticamente P0

DECRECIENTE

ÚLTIMAS HORASEfecto

apreciable del tráfico

Tráfico reducido

Consumo

11

EscalerasMecánicas

Disminuye con eltiempo diario defuncionamiento

Consumo

12

EscalerasMecánicas

Disminuye con eltiempo diario defuncionamiento

Escalera 1 2 3Plantas 0 a 1 1 a 2 2 a 3

Potencia en Vacio (W) 1962 1445 1450

Pot. Vacio en Frio (W) 2309 1984 1865

Tt

AePtp 100

Consumo

13

Escalera 1 2 3Desnivel (m) 5.12 3.80 3.81

Ángulo (º) 35 35 35Ancho Peldaños (m) 0.8 0.8 0.8

Velocidad (m/s) 0.5 0.5 0.5Potencia motor (kW) 5.50 4.00 4.00

Longitud (m) 7.3 5.4 5.4Recorrido (m) 9.0 6.6 6.6

Peldaños 26 20.5 20.5k 1.5 1.5 1.5

Capacidad Teórica (pers./hora) 6750 6750 6750Capacidad Efectiva EN-115-1

(pers./hora) 4800 4800 4800Rendimiento 95.6% 93.6% 95.4%

Potencia por persona (W/pers) 220.56 225.18 220.98Potencia en Vacio (W) 1962 1445 1450Pot. Vacio en Frio (W) 2309 1984 1865Potencia máxima (W) 6614 5246 5074

Cap. Personas 33.56 24.83 24.83tiempo teórico (s) 17.90 13.24 13.24

EscalerasMecánicas

3600tC vk y

Pmax < Pmotor

N = 1

N = 4800 p/hora

0sin

MgvP P N

Obtenida de medidas (85%-95%)

Ejemplo

14

0%

5%

10%

15%

20%

1 2 3

Energía tráfico/En

ergía total

en %

Escalera

Tráfico medio

Tráfico máximo

EscalerasMecánicas

1 2 3Media 21 7 5

Máxima 66 26 24Media 1339 459 286

Máxima 4268 1665 1538Media 1.58 0.49 0.30

Máxima 5.04 1.77 1.62Energía vacío Media 23.54 17.34 17.40

Media 25.13 17.83 17.70Máxima 28.59 19.11 19.02Media 6% 3% 2%

Máxima 18% 9% 9%

1.18 1.06 1.06

Escalera

Energía tráfico (kWh/día)

Energía total (kWh/día)

Energía tráfico/total

Energía persona (Wh/pers.)Horas/día

Personas cada 10min

Personas diarias

12

1 2 3Media 21 7 5

Máxima 66 26 24Media 1339 459 286

Máxima 4268 1665 1538Media 1.58 0.49 0.30

Máxima 5.04 1.77 1.62Energía vacío Media 23.54 17.34 17.40

Media 25.13 17.83 17.70Máxima 28.59 19.11 19.02Media 6% 3% 2%

Máxima 18% 9% 9%

1.18 1.06 1.06

Escalera

Energía tráfico (kWh/día)

Energía total (kWh/día)

Energía tráfico/total

Energía persona (Wh/pers.)Horas/día

Personas cada 10min

Personas diarias

12

La mayor parte de lademanda de energía se debeal consumo en vacío, sinpasajeros.

Ejemplo

15

EscalerasMecánicasEficienciaenergética

• Utilización de motores síncronos de imanes permanentes, motores de mayor eficiencia,típicamente por encima del 90%, que los de inducción y que eliminan la necesidad dereductoras.

• Motores de inducción de alta eficiencia, con rendimientos incluso por encima del 90%.• Engranajes y pasamanos de alta eficiencia• Iluminación de alta eficiencia (LED)

Elementos constructivos

16


El motor asíncrono: motores de alta eficiencia

• La eficiencia de los motores depende de las perdidas: Perdidas en el Cu. Perdidas en el Fe o vacío Perdidas de Mecánicas en los rodamientos o ventilador. Perdidas por dispersión del flujo magnético.

• Utilización de mayor cantidadde cobre en el rotor y elestator.

Perdidas I²R• El núcleo esta construido con

laminados mas delgados y demayor permeabilidad.

Perdidas Fe 87%88%89%90%91%92%93%94%95%96%97%

0.30 0.50 0.70 0.90

Rend

imien

to

Factor de carga

55kW IE155kW IE255kW IE3

Rendimiento motores asíncronos

17


Elementos constructivos

MSIPMSIP CCCAMSIP CCCA

– Ventajas:• Eficiencia elevada (> 95%)• Alta densidad de energía (imanes de tierras

raras)• Control sencillo• Refrigeración sencilla (no circulan corrientes

por el rotor)• Bajo mantenimiento, al no haber

escobillas,...

– Desventajas:• Precio, los imanes son la parte más

cara• Velocidad máxima limitada (fallo por

sobretensiones)• Desmagnetización

Motores Síncronos de Imanes Permanentes

18


Estrategias de control

• Marcha/Paro• Sistema de doble velocidad• Funcionamiento del motor a tensión reducida

19



• Marcha/Paro, después detranscurrido un tiempo en que laescalera está sin tráfico se producela parada

• Sistema de control del motorsimple

• Sistema de detección deentrada de pasajero ha de serrápido y fiable

• Reticencia de los pasajeros ausar una escalera parada

• Problema de seguridad porparadas imprevistas

0

1

velocidad

ocupación

20



• Sistema de doble velocidad,después de transcurrido un tiempoen que la escalera está sin tráfico sereduce la velocidad un 50%

• Sistema de control del motorsimple con VV (+complejo)

• Sistema de detección deentrada de pasajero ha de serrápido y fiable 0

1

velocidad

ocupación

MA

Enlace

CC

RectificadorInversor

RED

Motor

Asíncrono

Variador de frecuencia

21



• Sistema de doble velocidad

0 500 1000 15000

20

40

60

80

100

120

rpm

Par

mec

ánic

o (N

·m)

200V@25Hz400V@50Hzcarga escaleraPot. nominal (4kW)funcionamiento

Reducción en velocidad ≈ 50%

22



• Sistema de doble velocidad

600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 16000.5

1

1.5

2

rpmP

ot. m

ecán

ica

(kW

)

600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 16000.5

1

1.5

2

rpm

Pot

. elé

ctric

a (k

W)

200V@25Hz400V@50Hz

Reducción en consumo en vacío ≈ 50%

23



• Funcionamiento del motor a tensión reducida. El sobredimensionamiento de losmotores de arrastre permiten aplicar tensiones de alimentación inferiores a lasnominales.

• Sistema de control del motor con reductor de tensión (autotrafo,...)• Sistema de detección de sobrecarga (paso a tensión nominal)• Velocidad escalera prácticamente constante (no detección pasajero)• Reducción de pérdidas en el hierro (prop. U2)• Aumento de pérdidas en el cobre (prop. I)

24



• Funcionamiento del motor a tensión reducida.

1400 1420 1440 1460 1480 15000

5

10

15

20

25

30

35

40

rpm

Par

mec

ánic

o (N

·m)

400V@50Hz300V@50Hz220V@50Hzcarga escaleraPot. nominal (4kW)funcionamiento

Reducción en velocidad ≈ 4%

25



• Funcionamiento del motor a tensión reducida.

1420 1430 1440 1450 1460 1470 1480 1490 15000

1

2

3

4

rpm

Pot

. mec

ánic

a (k

W)

1420 1430 1440 1450 1460 1470 1480 1490 15000

1

2

3

4

5

rpm

Pot

. elé

ctric

a (k

W)

400V@50Hz300V@50Hz220V@50Hz

Reducción en consumo < 11%

26


Estimación de ahorros

Esc. 1 Esc. 2 Esc. 3 TotalFunc. Normal 22.6 16.3 16.5 55Marcha/Paro 13.9 4.2 2.5 21 35Vel. reducida 17.4 9.0 8.1 34 21

Esc. 1 Esc. 2 Esc. 3 TotalFunc. Normal 6865 4944 5014 16824Marcha/Paro 4224 1266 757 6247 10577 62.9%Vel. reducida 5281 2737 2460 10478 6346 37.7%

Esc. 1 Esc. 2 Esc. 3 TotalFunc. Normal 762 € 549 € 557 € 1 867 €Marcha/Paro 469 € 140 € 84 € 693 € 1 174 €Vel. reducida 586 € 304 € 273 € 1 163 € 704 €

€/año

kWh/año

Ahorro gasto escaleras

kWh/día

Ahorro consumo escaleras

Ahorro consumo escaleras

Precioenergía:11c€/kWh(eurostat) 27



1970Multiplicadora

Engranaje sin fin

100%

1990Multiplicadora con

Engranaje Helicoidal

80%

2000Funcionamiento con velocidad reducida (VV)

62%

Fuente: Mitsubishi 28

AscensoresIntroducción

Ascensor, equipo destinado al transporte vertical de personas entredistintos niveles o plantas.

29

Área 2008Europa 48 %América 17%JapónandCorea 11%China 10 %Restodelmundo 15%

Unidades 9100000

Ascensores en servicio

Área 2008China 40%Europa 23%JapónandCorea 10%América 10 %Rusia 5%India 4%Restodelmundo 8%Unidades 478000

Ascensores nuevos

AscensoresIntroducción

http://www.kone.com/corporate/en/Investors/Businessenvironment/business_review_2008/elevatormarket/Pages/default.aspx30

Ascensores

Mercadodeascensores(2007)

Introducción

http://www.lift-report.de/index.php/news/361/373/Industry-report---Lifts-and-escalators-an-industry-in-flux

Otis27%

Schindler18%

ThyssenKrupp13%

Kone11%

Mitsubishi8%

Hitachi7%

Otros16%

31

Ascensores

polea

cables

cabina

contrapeso

Elementotractor

Motoreléctrico

Regularlavelocidaddelacabina

Regenerativo:Aprovecharelfrenado

Contrapeso

Equilibrioentrepesocabinaypesocontrapeso

Características

32

AscensoresPerfilconsumo

0 5 10 15 20 25

2

4

6

8

tiempo en s

TOTP(kW)Max[kW]

0 5 10 15 20 25

2

4

6

8

tiempo en s

TOTP(kW)Max[kW]

Funcionamiento en vacío

33

polea

cables

cabina

Elementotractor

contrapeso

cP

bP

CICLOSubidadecabinaCICLOSubidadecabina

, max· 0, 47 · ·ciclo subida b c perdidas perdidasE P P h E P h E

( ) 0 max·b cabinaP P P

( ) 0 max0, 47·c contrapesoP P P

34

Contrapeso: Cabina + 45%-50% Carga máxima

• Pbmax: Peso total de la cabina + carga• Pmax: Carga máxima > Ocupantes (80kg)• Pb: Peso total cabina• α: Índice de carga

o 0: vacíoo 1:carga máxima

Energía ciclo subida

Si α < 0,47 energía negativa > Regeneración

AscensoresComportamiento

polea

cables

cabina

Elementotractor

contrapeso

cP

bP

, max0,47 · ·ciclo subida perdidasE P h E

0,47Energía

0,47Energía

35

CICLOSubidadecabinaCICLOSubidadecabina

AscensoresComportamiento

polea

cables

cabina

contrapeso

Elementotractor

Motoreléctrico

Asíncrono:

• Arranqueestrella/triángulo

• Conmutacióndeparesdepolos

• Regulacióndefrecuencia

Síncrono:

• Regulacióndefrecuencia

Contrapeso

Equilibrioentrepesocabinaypesocontrapeso

36

AscensoresConfiguración

Red eléctrica U = 400 V f =50 Hz

Caja de engranajes

polea

cables

cabina

contrapeso

Motor eléctrico Inducción


Caja de engranajes

polea

cables

cabina

contrapeso



Motoreléctricoasíncrono

Conmutacióndeparesdepolos

Regulacióndefrecuencia• Regeneración

• Resistenciasfrenado

37



polea

cables

cabina

contrapeso

Motor eléctrico Síncrono


Motoreléctricosíncrono

Multipolos:sinengranajes

Regulacióndefrecuencia

38


Motorasíncronoconmultiplicadora

39


MotorsíncronoSINmultiplicadoraSINsalademáquinas

Fuente: Mitsubushi

Ascensores


Depósito hidráulico

Bomba hidráulica

Cilindro hidráulico

cabina

Pistón hidráulico



Circuito hidráulico

Ascensorhidráulico40


CALOR

VDI 4707

41

AscensoresNormativaenergética

Modos considerados• Consumo en espera o “standby”, en este modo el ascensor está parado

(electrónica control, iluminación,...)• Consumo en viaje: mWh/(m·kg) donde se relaciona la energía consumida con la

carga y la longitud del recorrido

Para la medida de la energía consumida en cada viaje se realiza un viaje dereferencia, el cual consiste en un viaje de recorrido completo hacia arriba y haciaabajo con la cabina vacía.

CategoríasdeusosegúnVDI 4707

Categoría 1 2 3 4

Frecuenciadeintensidaddeuso baja/raravez media/

ocasionalmentealta/

frecuentementemuyalta/muyfrecuentemente

Tiempodeviajemedioenhorasaldía

0,5(≤1) 1,5(>1‐2) 3(>2‐4,5) 6(>4,5)

Tiempomedioenesperaenhorasaldía

23,5 22,5 21 18

Usos típicos

• Bloqueresidencial conun máximo de 20viviendas

• Pequeñosedificiosadministrativos yde oficinas de 2 a5 plantas

• Pequeñoshoteles

• Montacargas conpoco uso

• Bloqueresidencial conun máximo de 50viviendas

• Edificiosadministrativos ymedios conhasta 10 plantas

• Hoteles medios• Montacargas con

uso medio

• Bloqueresidencial conmás de 50viviendas

• Edificiosadministrativos yde más de 10plantas

• Grandes hoteles• Montacargas en

procesos deproducción conun solo turno

• Edificiosadministrativos yde más de 100 m

• Grandeshospitales

• Montacargas enprocesos deproducción convarios turnos

42


ClasificaciónenergéticaVDI 4707

CalificaciónEnergética

Clasesdedemandadeenergía

Clases de energía específica demandada por viaje en

mWh/(m·kg)

Consumo en Standby

en W

Energía demandada por viaje en mWh/(m·kg)

Categoría de uso

1 2 3 4

A ≤50 ≤0,8 ≤1,45 ≤1,01 ≤0,9 ≤0,84

B ≤100 ≤1,2 ≤2,51 ≤1,62 ≤1,39 ≤1,28

C ≤200 ≤1,8 ≤4,41 ≤2,63 ≤2,19 ≤1,97

D ≤400 ≤2,7 ≤7,92 ≤4,37 ≤3,48 ≤3,04

E ≤800 ≤4,0 ≤14,41 ≤7,33 ≤5,56 ≤4,67

F ≤1600 ≤6,0 ≤26,88 ≤12,67 ≤9,11 ≤7,33

G >1600 >6,0 >26,88 >12,67 >9,11 >7,33

43


Ejemplo:Ascensor en edificio residencial

Pesocabinaascensor 980,00 kgCapacidad 8,00 persCapacidadenpeso 640,00 kgPlantas 5 ‐Viviendas 20 ‐Altura 15,00 mRecorridomediodiario 7,50 mVelocidad 0,75 m/sViajespordía 600,00 ‐

44

AscensoresEjemplo

0 50 100 150 200 250 300 350 400 4500

2

4

6

8

tiempo en s

pote

ncia

en

kW

45

AscensoresEjemplo

Medida del consumo durante 5 ciclos completos de subida y bajada con cabina vacía

Ascensores

Consumo “standby” de 200 W (iluminación de cabina más circuitos de control)

0 max0,5· 980 0,5·640 1300( )contrapesoP P P kg

viaje completorecorrido medio 15 20( )velocidad media 0,75

mt sm s

viaje completo/día

número viajes/día · recorrido medio/viaje 600·7,5 1,67( / )velocidad media 0,75

t h día

SegúnVDI 4707:Categoría2.1,67h/día<2h/díamedia/ocasionalmente

Clasificaciónenergética porStandby:C.200W46

AscensoresEjemplo

funcionamiento/día

parada/día

1,5( / )22,5( / )

t h díat h día

TABLA Clases de energía específicademandada por viaje en mWh/(m·kg)

Consumo por viaje de 22,3 Wh (motor).

Clasificaciónenergética porenergíademandadaporviaje:B.(1,16<1,2)

/22,3( ) 1,16 /( · )

2·15( )·640( )demandada viajeWhE mWh m kg

m kg

AscensoresEjemplo

47

Clasificación energética por energía demandada por viaje : D. (2,90 <4,37)

48

AscensoresEjemplo

• Un recorrido diario:4.050 m (= 1,5h 0,75m/s 3.600s/h)

• Un valor para la energía por viaje:3,01 kWh/día (=1,16 mWh/(m·kg) 4.050m/día 640kg)

• El valor de la energía en standby al día:4,50 kWh/día (= 200 W 22,5h/día)

• Energía por día:7,51 kWh/día (3,01 kWh/día + 4,50 kWh/día)

• El consumo específico total es de:2,90 mWh/m/kg ( = 7,51kWh/día / 4.050m/día / 640kg)

49

AscensoresEjemplo

Standby4.5

60%

Viaje3.0140%

Energía kWh/día

• Iluminación halógena: 130 W (2,9 kWh)• Iluminación LED: 30 W (0,7 kWh)• AHORRO CONSUMO ILUMINACIÓN: 75%• AHORRO CONSUMO ASCENSOR: 30%

AscensoresEficienciaenergética


1960Ascensor con sala

100%

1970·Multiplicadora

Sin Fin·Control tensión

motor

93%

1985Regulador

de velocidad

(VV)

37%

2000Multiplicadora

Helicoidal

32%

2005Máquina síncrona

multipolos

30%

Fuente: Mitsubishi 50

Polea: cables de acero ►CintaCinta Cable de acero

Curso en Auditoría y Ahorro Energéticogrupo_ene.webs.uvigo.es/wordpress/publicaciones...Energía...

Documents

Transcript of Curso en Auditoría y Ahorro Energéticogrupo_ene.webs.uvigo.es/wordpress/publicaciones...Energía...