Estudio y Selección de Motores Eléctricos.

Resumen

Este trabajo fue desarrollado en EMCOMED Holguín, específicamente en la eficiencia de las Cámaras Refrigeradas de almacenamiento de medicamentos, así como la selección y sustitución de las máquinas asincrónicas, ya que se encuentran operando fuera de sus parámetros óptimos de operación. Para revertir esta situación este trabajo se da la tarea de realizar los cálculos del sistema eléctrico y la selección correcta para este propósito. Con el objetivo de conocer el comportamiento de las variables eléctricas y evaluar esencialmente las pérdidas de potencia, factor de potencia, eficiencia y otros parámetros. Esta es una tarea vital en todos los sistemas en general y el país en su programa de ahorro de energía estimula a entender que no es solo una necesidad, es una obligación.

Introducción

La Droguería Holguín, subordinada a la Empresa EMCOMED (Empresa Comercializadora y Distribuidora de Medicamentos), es una organización cubana que se dedica a almacenar, conservar, transportar y comercializar de forma mayorista: medicamentos, materias primas, material de envase, reactivos químicos, medios de diagnóstico, artículos ópticos y dentales, productos químicos, material higiénico sanitario, materiales para banco de sangre, dermocosméticas medicinales, suplementos nutricionales, narcóticos, alcohol de uso médico según nomenclatura aprobada por el Ministerio de Comercio Interior en pesos cubanos. Satisfacer con eficacia las demandas de medicamentos mediante la distribución y comercialización a todas las instituciones de salud, garantizar las materias primas de Importación para los laboratorios y cumplimentarlos compromisos en el tiempo establecido. Caracterizada por tener autonomía relativa en su gestión económica corriente y funciona bajo el principio de autofinanciamiento empresarial con una capacidad de respuesta a las demandas del mercado nacional. En la concertación de contratos la organización responde por cumplir con los requisitos implícitos y explícitos para cada producto, teniendo en cuenta lo establecido por las disposiciones legales y reglamentarias vigentes. La constante renovación hace que la droguería, garantice la calidad de sus productos mediante sus capacidades y posibilidades tecnológicas, para satisfacer las demandas de sus partes interesadas, sobre la cual recae la responsabilidad, en el estudio del mercado de forma que todos los requerimientos contractuales y técnicos queden totalmente asegurados.

En la actualidad, cuando se incrementa la batalla contra el derroche y, el destino eficiente de los Portadores Energéticos, se requiere adoptar medidas acordes al momento histórico que estamos aplicando medidas encaminadas a reducir a corto plazo o mediano plazo la dependencia del consumo de energía eléctrica en el sector empresarial, sin afectaciones en el cabal cumplimiento de su encargo social producción y los servicios. Por lo tanto la elevación constante del rigor técnico en el trabajo es sin lugar a dudas una de las acciones emprendidas, conscientes de la necesidad de lograr mejoras en los consumos específicos de energéticos, que conduzcan a su aprovechamiento óptimo por medio de análisis de los rendimientos en los equipos consumidores y la adopción de medidas técnico organizativas que permitan lograr ahorros considerables de portadores energéticos.

Los recursos energéticos son el conjunto de medios con los que los países del mundo intentan cubrir sus necesidades de energía eléctrica. La energía es la base de la civilización industrial; sin ella la vida moderna dejaría de existir. Durante la década del setenta, el mundo empezó a ser consciente de la vulnerabilidad de los recursos energéticos. A largo plazo es posible que las prácticas de conservación de energía proporcionen el tiempo suficiente para explorar nuevas posibilidades tecnológicas. Mientras tanto, el mundo seguirá siendo vulnerable a trastornos en el suministro de petróleo, que después de la II Guerra Mundial se ha convertido en la principal fuente de energía en Cuba y al igual que la mayoría de los países insulares, carece de recursos energéticos y satisfacen la mayor parte de sus necesidades para el transporte, siendo la transformación en menor medida para la producción de electricidad con la importación de combustibles fósiles. Esta dependencia de los combustibles fósiles es general en el mundo contemporáneo.

A nivel del sector productivo y de servicios, el objetivo es lograr el desarrollo de los programas de ahorro de energía a través de la formación y dinamización de un mercado de eficiencia energética. En ese mercado, el lado de la demanda de servicios de eficiencia energética lo constituyen las empresas industriales, comerciales, esencialmente.

En el estudio que realizamos nos centramos en las máquinas asincrónicas de inducción, a continuación le mostraremos algunas informaciones sobre dichas máquinas.

Máquinas asíncronas de inducción

Dado que la mayoría de las máquinas utilizadas en la industria están movidas por motores asíncronos alimentados por corriente alterna trifásica, en este apartado daremos unas ideas muy generales y básicas de este tipo de motores.

Estator.- Es la parte fija del motor. Está constituido por una carcasa en la que está fijada una corona de chapas de acero al silicio provistas de unas ranuras. Los bobinados de sección apropiada están dispuestos en dichas ranuras formando las bobinas que se dispondrán en tantos circuitos como fases tenga la red a la que se conectará la máquina.

El rotor.- Es la parte móvil del motor. Está situado en el interior del estator y consiste en un núcleo de chapas de acero al silicio apiladas que forman un cilindro, en el interior del cual se dispone un bobinado eléctrico. Los tipos más utilizados son:

• Rotor de jaula de ardilla

• Rotor bobinado

Motores de rotor de anillos rozantes

Son motores asíncronos con un devanado trifásico de cobre dispuesto en las ranuras de rotor, que va conectado a tres anillos metálicos por uno de sus extremos, en tanto que, por el otro lado se conectan en estrella. De este modo se puede controlar desde el exterior la resistencia total del circuito rotórico, facilitando un control de la velocidad y corriente de arranque con un elevado par de arranque y un mejor factor de potencia que con el rotor en jaula de ardilla.

Control de velocidad por cambio de frecuencia

En la actualidad el empleo de sistemas de arranque mediante el control por contactores está quedando en desuso a favor de los arrancadores-variadores de velocidad electrónicos (convertidores de frecuencia).

Este tipo de dispositivos suministran una tensión alterna cuyo valor es regulable, al tiempo que también es posible regular la frecuencia de alimentación al motor, de este modo es posible conseguir un control de velocidad muy efectivo, que permite incluso llevar un motor a una velocidad de sincronismo superior a la nominal o asignada (practica no recomendable). La razón de variar a la vez frecuencia y tensión radica en el hecho de conseguir un par constante en todo el régimen de velocidades del motor.

El presente trabajo se realizó en la Empresa Comercializadora y Distribuidora de Medicamento de Holguín, subordinada al Grupo Empresarial OSDE, se encuentra ubicada en la Vía de acceso a la Loma del Fraile #8 Carretera Central municipio de Holguín, Provincia Holguín.

Fundamentación teórica

Métodos y mediciones para la evaluación de la eficiencia de las máquinas asíncronas de inducción Existen muchos métodos para determinar la eficiencia; por ejemplo: la IEEE-112 establece cinco métodos denominados A,B,C,E y F con las variantes E1, F1. En la práctica industrial los métodos de evaluación toman nombres genéricos y pueden fundarse en la combinación de varios métodos básicos. Entre ellos se tiene:

• Método de los datos de placa

• Método del deslizamiento

• Método de la corriente

• Método del circuito equivalente

• Método de segregación de pérdidas

• Métodos estadísticos

• Método del momento en el entrehierro

• Método del momento en el eje o método directo

En todos los métodos la eficiencia se calcula según la ecuación:

La potencia de salida es la potencia de entrada menos las pérdidas. De la forma en cómo se determinan las pérdidas depende la exactitud del método aplicado.

Entre las mediciones necesarias pueden encontrarse:

• Lectura de la placa

• Medición de la velocidad por medios ópticos

• Medición de la corriente con amperímetros de gancho

• Medición de los tensiones de fase o de línea

• Medición de la potencia de entrada

• Determinación de la resistencia del estator

• Temperatura del devanado

• Medición del momento en el eje

• Datos de ensayos de vacío y cortocircuito

• Forma de ondas de tensión y la corriente

• Análisis armónico

La eficiencia nominal de placa se utiliza para determinar la eficiencia operacional y el estado de carga de la manera siguiente:

Se toma la medición de la potencia de entrada o en su defecto la tensión, la corriente y el factor de potencia promedio de las fases Se calcula la potencia de entrada según:

Se calcula la potencia de entrada nominal por:

Se calcula el factor de carga como:

Si se tienen las características operacionales del fabricante, con ellas se puede precisar la eficiencia y el factor de carga. OPORTUNIDADES DE AHORRO POR SUSTITUCIÓN DE MOTORES SUBCARGADOS

Una parte de los motores que operan en el ambiente industrial lo hacen con un factor de carga inferior al 60%. Aquellos que han sido bien seleccionados o que están integrados monolíticamente a la carga, lo hacen usualmente entre el 75 y el 90% de la potencia de placa. Es difícil encontrar máquinas cargadas totalmente a su capacidad nominal.

Las causas de los motores subcargado en la industria se deben a alguna de las situaciones siguientes:

• La maquinaría posee mayor capacidad de producción y está subutilizada.

• El personal no determinó la carga requerida al realizar la compra de un motor y seleccionó un motor inadecuado más potente que el necesario.

• Se reemplazó un motor quemado por una unidad de mayor potencia, al no tener uno de reserva con la capacidad apropiada.

• Se consideraron futuros incrementos en la producción.

• Los requerimientos del proceso disminuyeron.

La sustitución de los motores sobredimensionados por otros cuya potencia de salida se aproxime a la carga real demandada, se realiza típicamente para reducir el costo capital y cuando se trata de mejorar el factor de potencia y reducir las pérdidas de energía en los alimentadores de la instalación. Aunque se estima que se obtiene mayor eficiencia en el sistema carga – motor con la sustitución, se necesita información adicional para determinar el ahorro efectivo de energía eléctrica.

Entre los datos necesarios se encuentran la carga real, la velocidad de rotación, la eficiencia operacional del motor existente y los correspondientes del motor que se instalará al mismo tipo de carga. Dos ejemplos brindan la claridad suficiente:

Desarrollo

Luego de analizar los distintos métodos y mediciones para la evaluación de la eficiencia se seleccionó el Método de la corriente. Este método propone que el estado de carga es proporcional a la relación de la corriente medida y la corriente nominal:

• 1) Se realizaron las mediciones a tres motores eléctricos, los cuales corresponden a la Cámara Refrigerada de 20C a 80C de Mayarí, la Cámara Refrigerada de 20C a 80C de Holguín y la Cámara Refrigerada de 150C a 250C de Holguín, encontrándose los dos últimos en parámetros, el motor de la Cámara Refrigerada de 20C a 80C se encuentra operando por debajo de la corriente nominal encontrándose este a plena carga, a este equipo ya se le había cambiado el motor de fábrica por avería en el bobinado y se le colocó otro sin realizar dicho estudio.

Cámara Refrigerada de 20C a 80C de Mayarí: Datos de chapa VOLTA Motor inducción trifásico TYPE 4051/4T YY/Y 220/240V 60HZ 16/8A 4.5kW 1750r/min 0.85 Cosf 0.85 weight 77 kg made in URSS date 1964 Io= 6.2A Icarg= 8A Potencia de salida:

Cálculo de la potencia de entrada:

Cálculo de la potencia de entrada nominal:

Calculo del factor de carga:

Se desea considerar el reemplazo de un motor de 4 polos, de 6 hp, eficiencia estándar, TEFC, que trabaja a un factor de carga constante de 49 % (3 hp), por uno de 3 hp de las mismas características, que se está tramitando con EMCOMED Nacional para su adquisición. Si el motor en cuestión opera 2000 horas por año, comparamos la potencia de entrada requerida por los dos motores y la cantidad de energía que será consumida anualmente por cada uno, así obtendremos el ahorro de energía. Solución Consultando el comportamiento de la eficiencia, se encuentra un fabricante que a 50 % de carga (3 hp), el motor de 6 hp, 4 polos, tiene una eficiencia de 85 %. A 100 % de carga (3 hp), el motor de 3 hp, 4 polos, tiene una eficiencia de 89 %.

La potencia de entrada al motor de 6 hp: 3 x 0.746/0.85 = 2.63 kW La potencia de entrada al motor de 3 hp: 3 x 0.746/0.89 = 2.51 kW La energía consumida por el motor de 6 hp: 2.63 kW x 4380 h/año = 11519.4 kWh/año La energía consumida por el motor de 3 hp: 2.51kW x 4380 h/año = 10993.8 kWh/año Ahorro de energía: 525.6 kWh/año Ahorro económico: 525.6 kWh/año x 0.27 USD/kWh = 141.91 USD/año

Conclusiones

La investigación propició en primer lugar con el estudio del motor de las cámaras refrigeradas de almacenamiento de medicamentos llegar al conocimiento de los procesos que caracterizan el proceso del uso eficiente de la energía eléctrica de estos.

No menos importante resultó el conocimiento para la evaluación de la eficiencia de las máquinas asíncronas de inducción. Pero lo más importante y que da respuesta al objetivo de este trabajo, lo constituye el hecho de haber determinado que con la sustitución del motor se ahorran 525.6 kWh/año de energía, representando un valor de 141.91 USD/año por cada Nevera.

Recomendación

Extender este proceso al resto de las Droguerías del País será más significativo el ahorro de energía.

Bibliografía

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• Choy P., José Luis. Elementos de construcción y cálculo de los motores de combustión interna. Tercera reimpresión. Editorial Pueblo y Educación. La Habana, 1994.

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• http://www.monografias.com/trabajos14/impacto-ambiental/impacto-ambiental#in. (Consultada: diciembre 2014)

Estudio y Selección de Motores Eléctricos

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