Domótica: Aplicaciones, dispositivos y beneficios. (ICA-Procobre, Ago. 2016)
Eficiencia Energética Sustentable ICA Procobre...
56
Eficiencia Energética Sustentable ICA – Procobre México Marzo 2011
Transcript of Eficiencia Energética Sustentable ICA Procobre...
Eficiencia Energética Sustentable
ICA – Procobre México
Marzo 2011
Objetivo
El objetivo de la iniciativa es optimizar el uso
del cobre en la energía del futuro y los sistemas
de electricidad y así lograr la eficiencia
energética, la protección al medio ambiente,
seguridad y fiabilidad durante la generación,
transmisión y distribución de energía eléctrica y
otras energías.
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Aumento de Precios de la Energía
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Evolución de Precios Tarifa HM
$0.00
$0.25
$0.50
$0.75
$1.00
$1.25
$1.50
$1.75
$2.00
$2.25
$2.50
$2.75
1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
$0
$20
$40
$60
$80
$100
$120
$140
$160
$180
$kWh Punta $kWh Inter $kWh Base $kW
Precio
kWhPrecio
kW
Región Central
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En los últimos 16 años se incremento 1,100%
Costo de 100 kW en Operación sin IVA
$13,572
$28,443
$31,649
$34,449
$39,856
$45,676
$42,471
$51,708
$57,345
$71,560
$79,174$81,527
$85,997$87,191
$95,010$91,524
$8,837
$0
$10,000
$20,000
$30,000
$40,000
$50,000
$60,000
$70,000
$80,000
$90,000
$100,000
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
Precio Barrili Petróleo WTI
21 1926
31
57
2214
3026
42
66
72
130
62
79
96
-
20
40
60
80
100
120
140
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011 (
Fe
b)*
US
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* Fuente Energiza
El Precio del Petróleo a la Alza...Los Precios de la Energía Eléctrica a la Alza...
¿Está Usted preparado para ello, o seguirá pagando la energía que se puede ahorrar?
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El sector industrial
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Distribución
del ConsumoNorOeste Norte Occide Centro Sureste L y F Promedio
Aire Comprimido 13.5% 18.1% 16.2% 16.6% 12.3% 15.6% 15.4%
Iluminación 11.9% 11.0% 9.1% 12.1% 8.1% 13.8% 11.0%
Proceso
Productivo30.6% 48.7% 53.8% 44.6% 48.1% 46.4% 45.4%
Acondicionamie
nto Ambiental14.3% 7.1% 3.8% 4.9% 6.5% 2.2% 6.5%
Refrigeración 13.7% 5.7% 7.8% 6.5% 11.7% 6.6% 8.7%
Bombeo 5.2% 3.7% 4.7% 5.5% 6.1% 4.7% 5.0%
Cómputo y
oficina8.8% 4.8% 4.2% 7.8% 3.5% 8.9% 6.3%
Otro 2.0% 0.9% 0.4% 2.0% 3.7% 1.8% 1.8%
El sector industrial
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Distribución media de la potencia eléctrica
Aire Comprimido
15%
Iluminación
11%
Acondicionamiento
Ambiental
6%
Refrigeración
9%
Bombeo
5%
Cómputo y oficina
6%
Otro
2%
Proceso Productivo
46%
El Sector Industrial
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•Motores
•Ventilación
•Bombeo
•Variadores de velocidad
•Refrigeración
•Aire acondicionado
•Transformadores
Áreas de Oportunidad
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Ahorro de Energía en Motores Eléctricos
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Potencia EléctricaDemandada
Potencia MecánicaEntregada
Pérdidas Diversas
Los motores Eléctricos de
Inducción
Son los usuarios del 70% de la energía eléctrica
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Comparativo de Eficiencia
65
70
75
80
85
90
95
100
1 3 5 10 15 20 30 50 75 100 150 200
HP
Efi
cie
nc
ia %
Estándar Alta Eficiencia Premium
EntraPotencia
SalePotenciaEficiencia
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Ejemplo de sustitución con Tarifa HM
Cambio de un Motor de 50 HP
Precio del kW = $160.26
Precio de kWh Punta = $1.7765
Precio del kWh Intermedio = $1.0147
Precio del kWh Base = $0.8482
2 Turnos de trabajo diario 3 Turnos de trabajo diario
Resumen Industria Grande 50
HP
Alta
EficienciaPremium Alta Eficiencia Premium
Horas de Operación al mes 520 520 720 720
Ahorro en Potencia kW 1.8 2.27 1.8 2.27
Ahorro en Consumo kWh/mes 936 1180 1296 1634
Ahorro Económico anual $16,434.58 $20,720.28 $21,424.18 $27,012.72
Inversión $31,250 $38,750 $31,250 $38,750
Tiempo de Retorno 1.9 1.87 1.46 1.43
Tasa interna de Rrentabilidad TIR% 52% 53% 68% 69%
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¿ Porqué Ahorra un Motor de Alta Eficiencia?
Ahorro de Energía en Transformadores de distribución
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Introducción:
El uso intensivo y extensivo de la energía eléctrica en corriente
alterna, ha sido posible gracias al Transformador Eléctrico.
•La electricidad se genera muy lejos de donde se consume
•Su transporte sería complicado sin los
transformadores
Transformadores
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El transformador se
usa desde la
generación, hasta el
último usuario.
•Solamente elevando el
voltaje se puede
transmitir a grandes
distancias y solamente
reduciendo el voltaje
se puede utilizar
Utilidad de los transformadores
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Transformador
Es una dispositivo electromagnético estático que permite aumentar o disminuir el
voltaje en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia fija.
Basado en el fenómeno de la inducción electromagnética, constituidos en su forma
más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de acero al silicio.
Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan
al Voltaje de alta o baja tensión, respectivamente. También existen transformadores
con más devanados, en este caso puede existir un devanado "terciario", de menor
tensión que el secundario.
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Diagrama esquemático de un transformador
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Tipos de transformadoresPor su aplicación ó construcción, ya sea monofásicos ó trifásicos; existen varios tipos:
Transformador Tipo posteTransformador Tipo distribuciónTransformador Tipo estaciónTransformador de PotenciaTransformador Tipo pedestal
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Por su enfriamiento son:
Tipo subestación Tipo pedestal (tipo jardín)
Tipos de transformadores
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Transformadores de Potencia
Tipos de transformadores
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pérdidassalida
salida
PP
P
EntradaPotencia
SalidaPotencia
PérdidasPotenciadeFactorxKVA
PotenciadeFactorxKVAEficiencia
Salida
Salida
Eficiencia del transformador
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Pérdidas en los transformadores
•Pérdidas en el circuito magnético (PO , Núcleo). Denominadas también pérdidas en el hierro o en
vacío, ya que se determinan mediante el llamado ensayo de vacío del transformador. Son prácticamente
invariables a tensión y frecuencia constante.
•Pérdidas por efecto Joule en los devanados (PCU). Se deben a las pérdidas en los embobinados del
transformador debido a las resistencias existentes en éstos (efecto Joule).
•Varían con el cuadrado de la corriente, si se conocen las pérdidas producidas por este concepto en
régimen nominal PCC, cuando el transformador funcione con un índice de carga “c”, las pérdidas por
efecto de calor son:
PCU = c2 x PCC
•Pérdidas Totales. Las pérdidas en los devanados de un transformador en régimen nominal PCC es un
dato que proporcionan los fabricantes. Las pérdidas de un transformador PP, que trabaje con un índice
de carga “c” serán:
PP = PO + PCU = PO + c2 x PCC
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Capacidad Clase de aislamiento
kVA Hasta 15 kV Hasta 25 KV Hasta 34.5 KV
En vació Totales En vació Totales En vació Totales
Mo
no
fás
ico
s
5 30 107 38 112 63 118
10 47 178 57 188 83 199
15 62 244 75 259 115 275
25 86 368 100 394 145 419
37.5 114 513 130 552 185 590
50 138 633 160 684 210 736
75 186 834 215 911 270 988
100 235 1,061 265 1,163 320 1,266
167 365 1,687 415 1,857 425 2,028
Tri
fás
ico
s
15 88 314 110 330 135 345
30 137 534 165 565 210 597
45 180 755 215 802 265 848
75 255 1,142 305 1,220 365 1,297
112.5 350 1,597 405 1,713 450 1,829
150 450 1,976 500 2,130 525 2,284
225 750 2,844 820 3,080 900 3,310
300 910 3,644 1,000 3,951 1,100 4,260
500 1,330 5,561 1,475 6,073 1,540 6,586
Pérdidas en vacío y totales máximas permitidas en
Transformadores (watts) NOM-002-SEDE-1999
Norma Oficial Mexicana
NOM-002-SEDE-1999,
Requisitos de seguridad
y eficiencia energética
Se estima que aproximadamente cerca del
2% de la energía a nivel mundial se
pierde en los transformadores eléctricos
En México se generaron en 2009, 230.64 TWh, el 2% son aproximadamente 4.61TWh
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100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
kVA
Lo
sses @
50%
Lo
ad
(W
att
s)
Canadian Standards Association C802.1-00 National Standads of China GB/T 6451 - 1999UE HD 428 Australian Standards AS 2374.1.2 Part XX (MEPS)Australian Standards AS 2374.1.2 Part XX (High Efficiency) NEMA TP-1 2002India - Proposed MEPS (BEE) JAPAN TOP RUNNER at 40% Load conditionIndonesia SPLN 50:1997 India - BIS - 1180 - 1987Mexico Mexico 07
COMPARATIVO TRANSFORMADORES TRIFASICOS MENORES A 100 KVA
México
actualmente
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
100 150 200 250 300 350 400 450 500
kVA
Lo
sse
s @
50%
Lo
ad
(W
att
s)
Canadian Standards Association C802.1-00 National Standads of China GB/T 6451 - 1999UE HD 428 Australian Standards AS 2374.1.2 Part XX (MEPS)Australian Standards AS 2374.1.2 Part XX (High Efficiency) NEMA TP-1 2002India - Proposed MEPS (BEE) JAPAN TOP RUNNER at 40% Load conditionIndonesia SPLN 50:1997 India - Section C - 2006 Central Board of Irrigation & Power StandardsMexico Mexico 07
COMPARATIVO TRANSFORMADORES TRIFASICOS DE A 100 KVA A 500
México
actualmente
México Actual
México Propuesta
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Generación Eléctrica en
México CFE2005 2006 2007 2008 2009
Generación Bruta (TWh) 170.07 162.47 157.51 157.16 154.14Generación Bruta (TWh) de
Productores Independientes
(No incluye cogeneradores ni
autoabastecedores)
45.56 59.43 70.98 74.23 76.5
Total Anual 215.63 221.9 228.49 231.39 230.64
Pérdidas en
transformación Actuales
(TWh)
4.3126 4.438 4.5698 4.6278 4.6128
Perdidas por Mejora de
Eficiencia (TWh) 0.4%3.45008 3.5504 3.65584 3.70224 3.69024
Ahorro Anual (TWH) 0.86252 0.8876 0.91396 0.92556 0.92256
Ahorro Anual (MWH) 862,520 887,600 913,960 925,560 922,560
Ahorro Anual en Ton CO2 576,163 592,917 610,525 618,274 616,270
Principal ahorro por la sustitución de transformadores
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Beneficios para el país
Ahorro anual por 922,560 MWH
casi el consumo del DF (1,003,708 MWH)
del mes de mayo del 2010
Mayor al consumo mensual de los siguientes Estados:
Aguascalientes
Baja California Sur
Campeche
Colima
Hidalgo
Morelos
Nayarit
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Beneficios para el país
Protección al Medio Ambiente
Toneladas Evitadas de
Gases de Efecto Invernadero
CO2 616,270
SO2 13,838
NOx 40
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Beneficios para el usuario
Las Empresas que prefieran
Transformadores de Alta Eficiencia
también mejoran
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El Costo Real de un Transformador
Es la integración de dos bloques fundamentales:
– El costo de operación.
– El costo de inversión.
Costo de operación = C energía + C materiales + C manto
Costos por energía eléctrica:
C energía = C potencia + C consumo
Costos por potencia:
C potencia = Demanda (kW) x (costo kW)
Costos por consumo:
C consumo = Consumo (kWh) x (costo kWh)www.procobre.org
Caso Real: Se debe decidir la compra de un
transformador,
Se tiene la elección de dos transformadores de 112 kVA
con una relación de transformación de 30.
La operación es continua, es decir, siempre está conectado.
El índice de carga medio previsto es 80% C = 0.80
Los precios de la energía son
Costo de kW: $148.75
Costo de kWh: $1.21
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Datos Técnicos
• Transformador Alta Eficiencia (embobinados de Cobre)
Precio de adquisición es $ 60,000Las pérdidas en vacío son: 0.345 kWLas pérdidas a plena carga: 2.34 kW
• Transformador 2.Precio de adquisición es $50,700 Las pérdidas en vacío es: 0.560 kWLas pérdidas a plena carga: 2.9 kW
¿Cuál Transformador compraría?
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Datos Técnicos
• Transformador 1.
Precio de adquisición es $60 000
• Transformador 2.
Precio de adquisición es $50 700
¿Qué tan importante es el consumo de energía
o la eficiencia y los materiales de fabricación?
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Gastos por pérdida de energía
Pérdidas = PO + C2 x PCC
G = GC + Pérdidas x Pk x Nm + (Pérdidas) x t x PkWh
PO = Pérdidas en el Nucleo (kW)
PCC = Pérdidas en el cobre a plena carga (kW)
C = Índice de carga medio del transformador
Pk = Precio de la potencia ($ por kW)
Nm = Número de meses de operación al año
t = Horas de operación al año
PkWh = Precio de la energía ($ por kWh)
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Los gastos al cabo de 1 año serán:
Para el transformador 1.G = GC + Pérdidas x Pk x Nm + (Pérdidas) x t x PkWh
G = 60,000+ ((0.345 + 0.82 x 2.34) x 148.75 x 12 + (0.345 + 0.82 x 2.34) x 8,700 x 1.21)
G = $82,686.09
Para el transformador 2.
G = 50 700 + ((0.56 + 0.82 x 2.9) x 148.75 x 12 + (0.56 + 0.82 x 2.9) x 8,700 x 1.21)
G = $80,445.79
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Los gastos luego de un año fueronPara el transformador 1.
G = $ 82,686.09
Para el transformador 2.
G = $80,445.79
Durante 20 años ¿que es más importante?
a) Ahorrar $9,300 al momento de comprar
b) Ahorrar $ 19.2 cada día
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La vida útil de los transformadores es mayor a 20 años
Diferencia en Costos
$0
$50,000
$100,000
$150,000
$200,000
$250,000
$300,000
$350,000
$400,000
$450,000
$500,000
$550,000
$600,000
$650,000
$700,000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
año
Transformador Cobre Transformador otro material
La diferencia después de 20 años o más
$9,300 ahorrados al comprar se convierten en
$131,894 pagados de más
Año Transformador 1 Transformador 2 Diferencia
0 $60,000 $50,700 -$9,300
1 $82,686 $80,446 -$2,240
2 $105,372 $110,192 $4,819
3 $128,058 $139,937 $11,879
4 $150,744 $169,683 $18,939
5 $173,430 $199,429 $25,999
6 $196,117 $229,175 $33,058
7 $218,803 $258,921 $40,118
8 $241,489 $288,666 $47,178
9 $264,175 $318,412 $54,237
10 $286,861 $348,158 $61,297
11 $309,547 $377,904 $68,357
12 $332,233 $407,650 $75,416
13 $354,919 $437,395 $82,476
14 $377,605 $467,141 $89,536
15 $400,291 $496,887 $96,596
16 $422,977 $526,633 $103,655
17 $445,664 $556,378 $110,715
18 $468,350 $586,124 $117,775
19 $491,036 $615,870 $124,834
20 $513,722 $645,616 $131,894
Diferencia en Costos
$0
$50,000
$100,000
$150,000
$200,000
$250,000
$300,000
$350,000
$400,000
$450,000
$500,000
$550,000
$600,000
$650,000
$700,000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
año
Transformador Cobre Transformador otro material
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Ventajas de los Transformadores Cobre de alta eficiencia
Reducen sustancialmente la energía pérdida.
La eficiencia del aprovechamiento de la energía eléctrica aumenta
con relación a la mayor cantidad de conductores de cobre utilizados.
A mayor cobre utilizado, mayor posibilidad de sobrecarga,
por tanto operan en forma más eficiente para índices de carga
superiores.
Trabajan con mejores condiciones de enfriamiento,
Tienen vida útil mayor.
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Ventajas de los Transformadores Cobre de alta eficiencia
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El costo de adquisición es más elevado comparado con los
transformadores convencionales, pero en costos de operación son
más bajos.
Cuando se consideran el tamaño, costo y resistencia, la mayoría de
los diseñadores de transformadores validan que el cobre es el mejor
conductor eléctrico.
Ventajas de los Transformadores Cobre de alta eficiencia
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El cobre es el material sustentable preferido cuando se necesita
alta conductividad eléctrica.
El cobre conduce la electricidad
60% mejor que el aluminio,
5 veces mejor que el hierro,
10 veces mejor que el acero
18 veces mejor que el titanio.
La plata es el único metal que tiene mayor conductividad eléctrica
que el cobre (un 5%), pero es mucho más cara.
Ahorro de Energía en aire Acondicionado
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Aire acondicionado
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Introducción:
El aire acondicionado permite dar un tratamiento completo al aire
ambiental de los locales habitados y consiste en regular las
condiciones en cuanto a la temperatura, humedad, limpieza y el
movimiento del aire dentro de los locales.
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NOM 023, 9.3 BTU/Wh = 1.29 kW/TR
Normalización
EQUIPOS CON SELLO FIDE
13 BTU/Wh = 0.9 kW/TR
14 BTU/WH = 0.84 kW/TR
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Análisis de caso
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Tipo de Equipo Aire AcondicionadoInicial Equipos
de Ventana
Equipo
Ahorrador
Mini Split
Número de habitaciones 220 220
Capacidad del Equipo BTU/hr 13,500 13,500
Potencia Promedio del Equipo (kW) 1.53 1.01
Potencia Global (kW) 336.6 222.2
Relación de Eficiencia kW/TR 1.36 0.9
Horas de Operación día 10 10
Consumo de Energía Mensual 100,980 66,660
Costo Mensual del Consumo $145,411 $95,990
Evaluación Económica Valor
Ahorro Económico Mensual $49,421
Ahorro Económico Anual $593,049.60
Inversión $1,760,000
Tiempo de Recuperación en Años 2.97
Tasa Interna de Rentabilidad TIR 32%
Análisis de caso
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Reducción de Emisiones Valor
Toneladas de Refrigeración
a Sustituir 1
Ahorro Energético kWh/mes 156
Ahorro Energético kWh/año 1,872
Reducción de NOx kg 5
Reducción de SO2 kg 28
Reducción de CO2 kg 1,250
Programa Eficiencia Energética Sustentable
Muchas Gracias por su ATENCIÓN
http://www.procobre.org/Tel. (52) 1665-6330
Muchas [email protected]
