PTT Luis Moran

Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial.

Luis Morán T. (PhD) Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad de Concepción Casilla 160 – C, Concepción - Chile Teléfono 56-41-203514; Fax: 56-41-246999 Email lmoran@udec.cl 1

Contenidos: -

Introducción

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Por qué es importante ahorrar energía

-

Que es la eficiencia energética

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Cómo aportan las nuevas tecnologías al menor consumo de energía.

-

Potenciales aplicaciones

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Conclusiones

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Vulnerabilidad en el abastecimiento energético hace necesario resolver los siguientes problemas: i) Diversificar la matriz energética, hacerla menos dependiente de las importaciones, y más barata. ii) Cortar la dependencia que existe entre el crecimiento del PIB y de la demanda de energía eléctrica.

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Composición de la Matriz Energética Nacional: Potencia generada período 2011 (68% Importada)

Fuente: Comisión asesora de desarrollo eléctrico (CADE)

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Energía suministrada período 2000-2011 (SING + SIC)

Fuente: Ministerio de Energía, CDEC-SIC y CDEC-SING

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Principal Objetivo desde el punto de vista país:

Relación entre la demanda de energía eléctrica y el PIB

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Principal Objetivo desde el punto de vista país:

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Definición: ¿Que se entiende por eficiencia energética en procesos productivos?

Mantener el nivel de producción consumiendo menos energía

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¿ Como se logra este milagro ? i) Reemplazando equipos antiguos por modernos (más eficientes): iluminación – motores ii) Mejorando los procesos productivos: automatización – nuevas tecnologías

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Reemplazando equipos:

No es sólo cambio de ampolletas !!

10 % energía lumínica 90 % calor Vida útil: 1.000 hrs.

85 % energía lumínica 15 % calor Duración: 40.000 hrs. (LED SMD)

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Motores de alta eficiencia: Norma IEC 60034: i. eff1: Alto rendimiento ii. eff2: Rendimiento mejorado iii. eff3: Bajo rendimiento

Tabla 1: Definición de las diferentes clases de rendimiento (acuerdo voluntario europeo).

4 polos

2 polos

kW

eff3

eff2

eff1

eff3

eff2

eff1

1.1 1.5 2.2 3 4 5.5 7.5 11 15 18.5 22 30 37 45 55 75 90

76.2 78.5 81 82.6 84.2 85.7 87 88.4 89.4 90 90.5 91.4 92 92.5 93 93.6 93.6

76.2 78.5 81 82.6 84.2 85.7 87 88.4 89.4 90 90.5 91.4 92 92.5 93 93.6 93.6

83.8 85 86.4 87.4 88.3 89.2 90.1 91 91.8 92.2 92.6 93.2 93.6 93.9 94.2 94.7 95

76.2 78.5 81 82.6 84.2 85.7 87 88.4 89.4 90 90.5 91.4 92 92.5 93 93.6 93.6

76.2 78.5 81 82.6 84.2 85.7 87 88.4 89.4 90 90.5 91.4 92 92.5 93 93.6 93.6

82.8 84.1 85.6 86.7 87.6 88.6 89.5 90.5 91.3 91.8 92.2 92.9 93.3 93.7 94 94.6 95

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Ahorro obtenido con un motor de alto rendimiento eff1 con respecto a un eff2 de rendimiento mejorado.

TIPO

Clase Eficiencia (CEMEP)

EFF1

EFF2

RENDIMIENTO [%]

93.1

91.6

Potencia EJE [kW]

30

30

Potencia Red [kW]

32.22

32.75

[Eur/kW-h]

0.071238

Precio Motor [Eur]

2.422,54 2.202,14

Ahorro Eur/hora [Eur]

0.0376

Amortización Motor Eff1 horas [h]

64445

7 años

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El efecto de reemplazo de equipos en el menor consumo de energía es significativo cuando se puede conseguir efecto multiplicador (Mayor impacto con aplicación de políticas públicas).

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Nuevas tecnologĂ­as para mejorar la Eficiencia EnergĂŠtica del sector Industrial 14

Es mucho más efectivo, en aquellos casos en que es posible, apuntar a mejorar los procesos productivos:

Hacer lo mismo pero mejor y más barato (menor consumo de energía).

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Distribución del consumo de energía en Chile:

Fuente: Comisión asesora de desarrollo eléctrico (CADE)

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Dado que el 67 % de la energía eléctrica que se consume en una industria se gasta en motores, al mejorar la forma como se energiza y se controla la máquina (accionamiento), se puede lograr un ahorro importante de energía.

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Consumo de energía eléctrica en plantas industriales:

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Efecto del mal uso de la energía en la cadena de generación -transmisión Bomba Conjunto Planta de Sistema Centrífuga Generación de transmisión Motor Válvula Térmica 0.11

=0.4

=0.9

=0.4

=0.75

92.5

10

55.5

3.7

20

3.3

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Tecnología eficiente Conjunto Planta de Sistema Motor Generación de transmisión Conversor Térmica

Bomba Centrífuga 0.216

=0.4

=0.9

=0.8

=0.75

46.3

10

27.8

1.85

3.33

3.33 50%

!! !

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Mejorar la eficiencia energética en el accionamiento de Bombas:

Eficiencia 90%

Potencia de Entrada 100

Motor Estándar

Eficiencia 77%

Eficiencia 66%

Tubería Eficiencia 69%

Potencia de Salida 31

Bomba Válvula

η = 31 %

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Cambio de válvula por sistema más eficiente motor – variador de frecuencia.

η = 72 %

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VDF en aplicaciones de velocidad variable.

1) El caudal se controla variando la restricción a la salida de la bomba mediante la válvula. Esto aumenta la resistencia del sistema, fuerza a la bomba a reducir el caudal y conlleva utilización extra de energía.

2) Con el variador de frecuencia se regula el caudal controlando la potencia suministrada al motor, el sistema presenta menor resistencia que el caso anterior y por lo cual se necesita menos energía.

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Variadores De Frecuencia (VDF)

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Variadores De Frecuencia (VDF)

i.

Permiten controlar el flujo de potencia al motor ajustándola a la que la carga mecánica requiere.

ii. Reduce el estrés mecánico a la partida. iii. Reducción de daños por cambios bruscos en la velocidad de la carga. iv. Disminuye el consumo energético del motor.

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Resultados Motor 1 (216 kW).

Energía consumida (kWh) 16.000 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0 Antes

Después

Ahorro

Ahorro en energía consumida del 39%.

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Resultados Motor 2 (168 kW).

Energía consumida (kWh) 10.000 9.000 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0 Antes

Después

Ahorro

Ahorro en energía consumida del 81%, y de potencia activa del 81%.

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Motor Potencia nominal 74.6 kW Energía consumida en 72 horas Potencia activa

Antes

Después

Ahorro

3417 kWh

2282 kWh

1135 kWh

33 %

47.5 kW

31.7 kW

15.8 kW

33 %

Motor Potencia nominal 55 kW Energía consumida en 72 horas Potencia activa

Antes

Después

Ahorro

2995 kWh

1023 kWh

1972 kWh

66 %

41.6 kW

14.2 kW

27.4 kW

66 %

Motor Potencia nominal 74.6 kW Energía consumida en 72 horas Potencia activa

Antes

Después

Ahorro

2893 kWh

939 kWh

1954 kWh

67 %

40.1 kW

13 kW

27.1 kW

67 %

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Sistemas de Ventilación Métodos del Regulación de Flujo Potencia requerida en el eje del ventilador 1 0,8

BHP (p.u)

0,6 0,4 0,2 0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Flujo (p.u) Damper de Salida

VDF

IGV

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Industria Minera:

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Proyecto DIE – UdeC: Método A - Cambio proceso en planta minera

El voltaje de celda es común a todos los electrodos.

Por lo tanto, la corriente es libre de buscar la ruta con menor resistencia.

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Proyecto UdeC – DIE: Método B - Cambio proceso en planta minera +

Corriente Eléctrica Cátodo Ánodo

Barra Intercelda Electrolito

Contacto Eléctrico

-

Idc

Esta conexión forma canales de corriente más balanceadas. Debe tenerse en cuenta que el circuito es una simplificación de la realidad. En caso de electrodos en circuito abierto la corriente circula por los otros electrodos utilizando el electrolito que es el principal medio conductor del proceso.

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Potenciales aplicaciones – Resultados - Cambio proceso en planta minera

Parámetro

Método A Método B

Desviación estándar normalizada[%]

14.7

9.9

Ocurrencia de corto circuitos [Nº/ciclo]

0.42

0.15

Sobrecorriente de corto circuito [%]

88

22

Consumo Específico KW/Ton (*)

1950

1875

Ahorro Energético KW/Ton por reducción en número de celdas en operación

-

> 200

(*) El consumo específico es para una densidad de corriente de 340 A/m2

La corriente de proceso con Método B podría subirse 10% sobre el máximo con Método A. Nuevas tecnologías para mejorar la Eficiencia Energética del sector Industrial 34

Premio Nacional de Innovación Avonni 2012 Minería y Metalurgia: Proyecto Optibar

de izq. a der.: Hernán de Solminihac Ministro de Minería, Pablo Aqueveque Profesor UdeC, Florentino Muñoz SI Barrick Zaldívar, Eduardo Wiechmann Profesor UdeC, Leonardo Gonzales GG Barrick Zaldívar, Robert Mayne-Nicholls CEO Sudamérica Barrick Co, Mauro Valdés Director TVN.

Conclusiones

El uso de estrategias de EE corresponde a una manera efectiva de ahorro de energía, principalmente en el sector industrial.

Nuevas tecnologías ayudan en forma muy importante a reducir el consumo energético asociado a un proceso productivo.

Las mayores oportunidades de ahorro se producen primero al identificar los procesos industriales deficientes y luego incorporando tecnología en EE.

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Estudios muestran que el potencial ahorro de energía en Chile fluctúa entre el 7 al 12 % del consumo actual.

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Gracias por su atención

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