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Aplicando Parker SSD Drives

para Ahorro de Energía

© Parker Hannifin de México

Soluciones de Energía por Parker

Energía esta en la

mente de todos…

Altos costos de combustible…

Disponibilidad de recursos…

Mandatos para reducir emisiones…

Energía sustentable…

Redes inteligentes…

CONSERVACIÓN


Soluciones de Energía – Creando y Salvando

Lado Suministro(Generación de energía)

Lado Demanda(Uso en plantas)

Parker SSD Drives proporciona soluciones únicas que abarcan

ambos: la recolección desde fuentes de energía alternativa Y su

conservación en el uso.

• Generación de

energía desde fuentes

alternativas y

renovables

• Soluciones de

estabilidad de la red

de energía

• Almacenamiento de

Energía –captura y

retorno

• Reducción en el uso

de energía

• Reducción de la

demanda pico

• Recuperación de

energía desde

procesos industriales

• Mejora del factor de

potencia.


Soluciones de Energía – Reducir y Ahorrar

Lado Suministro(Generación de energía)

Lado Demanda(Uso en plantas)

En la presentación exploraremos algunas formas de ahorrar energía y

dinero y además reducir emisiones.

• Generación de

energía desde fuentes

alternativas y

renovables

• Soluciones de

estabilidad de la red

de energía

• Almacenamiento de

energía –captura y

retorno

• Reducción en uso de energía

• Reducción de demanda pico

• Recuperación de energía en

procesos industriales

• Mejora del factor de potencia


Parker SSD Drives ofrece dos

formas para reducir el uso de

energía neto por el Lado Demanda


Juntos, podemos ahorrar energía.

VentiladoresBombas y

Compresores

Grúas y

Transportador

Líneas

Proceso

Seccional

Extrusores y

Moldeo por

Inyección

Ahorro:Hasta

40%

Ahorro:Hasta

60%

Ahorro:Hasta

35%

Ahorro:Hasta

40%

Ahorro:Hasta

20%


• 64% de la energía industrial es usada por motores eléctricos

• Los motores eléctricos usan cerca de 300 BILLONES kWh por año

• Por cada $1 gastado en comprar un motor, $100 son gastados en costo

de energía durante su tiempo de vida

Parker SSD Drives para motores de

inducción: Una oportunidad clave

Ahorros de Energía


Optimización de procesos

• Muchos motores son sobredimensionados para su aplicación

– y el exceso de energía es gastado en pérdidas

• Muchas aplicaciones requieren menos potencia a bajas velocidades

• Las leyes de afinidad de ventiladores y bombas centrifugas establecen

que la POTENCIA cae al CUBO de la VELOCIDAD

• POTENCIA = $$

Po

ten

cia

(k

W)

Flujo (CFM o GPM)

¡Ahorros!

Control porCompuerta / Válvulas

Control por

Parker SSD Drives


Optimización de Procesos

• El Arranque y Paro de aplicaciones causan costosas y

dañinas demandas de energía pico

800%

600%

400%

200%

0% 0 25 50 75 100

CO

RR

IEN

TE

%

FL

A

VELOCIDAD %

PARKER SSD DRIVES

ARR. SUAVE

ESTRELLA DELTA

ARR. DTO. LÍNEA

CORRIENTES DE ARRANQUE MOTOR CAAceleración a velocidad nominal – carga de par variable

operating

point

Los SSD tienen la

menor corriente

arranque



• Anticuados dispositivos son ineficientes

• Conjunto Motor/Generador

• Clutches de corrientes de Eddy

• Variadores de velocidad mecánicos

Eficiencia incluye no solo “Energía

entra/Energía sale”, sino también

costos de la rutina mantenimiento,

paros, gastos de instalación, etc.


HVAC

• Manejadoras Aire

• Torres enfriamiento

• Ventiladores extracc.

Procesos en Plantas

• Sopladores de Combustión

• Oxidantes

• Enfriamiento de procesos

• Ventiladores en quemadores

de tiro inducido


Ejemplos de Aplicaciones en

Ventiladores y Sopladores


Ejemplo de Ahorro en Costos

Ventilador 100 HP• Opera 16 hrs/día (2 turnos)

• Tarifa = $0.10 / kW-hr

• Control flujo por compuerta

Sin SSD Drives (control por compuerta)

Costo Anual Energía = $ 16,491

Con Parker SSD Drive


Ahorros anuales y Retorno de Inversión!

Flujo

Ciclo trabajo

Tamaño motor

CALCULADORA DE VALOR

Agregando un control Parker SSD Drives a

un ventilador de 100HP se recorta la

factura de energía por debajo del 50% y se

paga el mismo en solo poco mas de un año…


Energía Ahorrada = $ 11,122 por año

Emisiones CO2 Prevenidas = 31 Ton por año

RETORNO INVERSIÓN = 15 meses


Solo las aplicaciones de Agua y Tratamiento de Aguas Residuales…

• Consumen 56 BILLONES kW de electricidad cada año

• Generan 45 millones ton de gases de invernadero cada año

• Cuestan $4 BILLONES en costos de energía cada año

Las bombas ofrecen la mayor

oportunidad de ahorro de

energía en equipos operados

por motores eléctricos.



Agua Sanitaria• Agua cruda

• Coagulación/Floculación

• Almacenaje y Distribución

Tratamiento de Aguas• Aeración

• Prensa de correa / Extracción sólidos

• Centrifuga / Extracción sólidos

• Floculación

• Estaciones de re-bombeo

• Remoción de Nutrientes Biológicos


Ejemplos de aplicación en bombas

Procesos en Plantas• Bombas para químicos

• Bombas agua helada




Aplicaciones en bombas

Las Bombas Centrifugas muestran la

mayor mejora… hasta 60%... y son las

más populares, representando

alrededor del 80% de todas las

aplicaciones de bombeo.


Las bombas de

Desplazamiento

Positivo muestran

resultados menos

dramáticos, pero no

son tan comunes.


Formas ineficientes de control de flujo -


Válvula

Bypass

Pre

sió

n e

stá

tica

Pre

sió

n e

stá

tica

Válvula

La regulación usando una válvula

restringe el flujo sin disminuir la

carga de la bomba.

Recircular usando una válvula re-

direcciona algo del flujo sin disminuir

significativamente la carga de la

bomba.


Ejemplo de Ahorro en Costos

Bomba Centrifuga 150 HP• La bomba opera 24 hrs/día, 365 días/año

• El flujo varia desde 20% a 90% en el día

• Tarifa = $0.10 / kW-hr

Sin SSD Drives (control por restriccíon)


Con Parker SSD Drives


Energía Ahorrada = $ 31,176 por año

Emisiones CO2 Prevenidas = 88 Ton por año

RETORNO INVERSIÓN = 7 meses

Ahorro annual y retorno de la

inversión!

Flujo

Ciclo de Trabajo

Tamaño motor

CALCULADORA DE VALOR

Agregando un control Parker SSD Drives a una bomba de 150 HP

se puede ahorrar $31,000/año

trabajando 24/7



Ejemplo en Compresores

• Ahorro de Energía

• Reducción de Mantenimiento

• Reducidos Niveles de Ruido

• Capacidad de arranque suave – reducidas corrientes

• Elimina el constante ciclar del compresor

Por cada 2-psig de reducción al compresor, se puede lograr 1% de reducción en

el consumo de energía del compresor.

Operar los compresores a una presión mayor que la requerida resulta en un

mayor consumo de energía, mayor desgaste del equipo é incremento de

pérdidas por fugas.

Trabajar el compresor a bajas presiones reduce las pérdidas por fugas y se

ahorra energía.



700(525)

100(75)

50(37.5)

TIEMPO EN MINUTOS

0 2 4 6 8 10 12 14 16

% P

OT

EN

CIA

(kW

)

Co

rrie

nte

Arr

an

qu

e

Usando un Parker

SSD Drives para

regular la presión

puede ahorrar

12%(en promedio) sobre

una base anual.

Agregando un SSDDrive a un compresor de 300 kW puede ahorrar

$18,000/año funcionando 2 turnos.


Típico ciclo de trabajo motor Compresorcon y sin Control Parker SSD Drives



Reemplazo de equipo obsoleto

• Conjunto Motor/Generador CD

• Consume energía aún inactivo

• Partes en movimiento –

mantenimiento requerido

• Sistema de control primitivo

• Pobre regulación de velocidad

y repetibilidad



• Conjunto Motor/Generador CD

MotorGenerador

principal

Línea 3-fases

Motor

Motor

Motor

Motor

MotorExcitador

Generador

Reóstatos de CampoMúltiples etapas de ineficiencia

Varias partes en movimiento

Alta carga a ralentí

Limitado rango de control

Pobre precisión y repetibilidad

Fuente Armadura

Fuente Campo




• Reemplazo con sistema

de estado sólidoLínea 3-fases

Motor

Motor

Motor

Motor

Motor

ALTA eficiencia en la electrónica

SIN partes en movimiento, solo los motores

SIN carga inactiva

AMPLIO rango de control en cada motor

EXCELENTE precisión y repetibilidad

SSD

Drive

SSD

Drive

SSD

Drive

SSD

Drive

SSD

Drive

Conservando los motores de CD existentes y usar SSD Drives CD

Ó

Reemplazando motores de CD por CA y usar SSD Drives de CA

Reemplazando el conjunto M/G de

100HP se pueden ahorrar $15,000/año funcionando 2 turnos



Recuperación

de Energía

Principios básicos …

• Capturar la energía que se perdería

• Retornar la energía a la red eléctrica

• Recibir crédito de la compañía eléctrica


Puente activo InversorFiltro LCL

FLUJO

ENERGÍA

FLUJO

ENERGÍA

Control de Velocidad Motor 4-Cuadrantes Regenerativo a Línea

Recuperación EnergíaPrincipios básicos…

• Capturar la energía que se perdería

• Retornar la energía a la red eléctrica

• Recibir crédito de la compañía eléctrica

Parker SSD Drives: AC890, AC890PX, AC690+ con Active Front End


Recuperación de Energía

MDrive

CA

MDrive

CA

ENERGÍA ENERGÍA

ENERGÍA

Drives CA convencionales proporcionan energía al motor

R

Incapaces de retornar la energía a la línea, los Drives de CA

estándar deben “quemar” la energía regenerada por el motor en

resistencias de frenado dinámico.

La desaceleración o

paros convierten al

Motor en Generador

La mayoría de los

Drives de CA no

retornan la energía

a la red eléctrica,

sino que la disipan

como CALOR!

Centrifuga Industrial

tiempo

ve

loc

ida

d

CICLO DE TRABAJO


• La sección de INVERSIÓN es un inversor estándar (6) IGBT PWM (pulse width modulated)

• El rectificador de PUENTE ACTIVO es un convertidor bi-direccional de (6) IGBT PWM

• El FILTRO LCL es de un diseño pasa-bajos que remueve los armónicos de alta frecuencia

• Las secciones de CONTROL proporcionan señales a cada puente

M

Filtro LCLPuente Activo Inversor

4-CuadrantesDrive

independiente

Control

FLUJO DE ENERGÍA – ambas direcciones

Línea 3-fases

El SSD Drive 4Q

elimina los

armónicos típicos

de los drives CA

manteniendo el THD

(total harmonic

distortion) debajo del

3%, dentro de las

directrices IEEE519

Control

(como AFE) (como salida)

reduce armónicos

INVERSORES DUALES

AFE (Active-Front-End) Drives

Motor-

vuelto-

“Generador”




MDrive

CA

MDrive

CA

ENERGÍA ENERGÍA

ENERGÍA ENERGÍA

La energía es tomada y enviada de vuelta a la red eléctrica

Desacelerar o parar

vuelve al Motor en

Generador

Los Parker SSD

Drives con

“Active Front

End” capturan la

energía

regenerativa y le

pagan a usted!

ACELERANDO Y FUNCIONANDO

DESACELERANDO Y PARANDO


Regeneración a Línea sobre un Bus Común de CD

REGEN

REGEN

MOTORIZA

MOTORIZA

LÍNEA REGEN

BUS COMÚN

CD

LÍNEA

CA

FILTRO

EMC

Opcional por requerimientos

de diseño del sistema

pre-carga externa

Reactor de línea 8%

(mandatorio)

Múltiples drives pueden ser

“enlazados a un bus común”

para regenerar eficientemente

por compartir la energía



AC Inducción3-fases

Brushless AC

Brushless DC

AC InductionServo

PM síncronos

Asinc Inducción

PM síncronos

Drive Modular AC890

• Drive modular para sistemas

• Facilidad para bus común

• Mínimo cableado

• Máximo uso del espacio

• Módulos de fuente común ó módulos de salida disponibles como estándar

• 1 – 1600 HP/1 – 1200 kW

• 208-240V ó 380-460V

Terminales Bus CD facilmente

accesibles…



Grúas y Elevadores

• Bridge cranes

• Gantry cranes

• Overhead cranes

• Shipboard cranes

• Container cranes

Control de izaje y movimiento horizontal

• Control vectorial de alto desempeño

• Funciones de prueba de par

• Verificación y detección de freno

• Sintonía fácil de motor/control

• Detección velocidad cero



• Dinamómetros

• Dinamómetros de Chasis

• Equipo para Prueba Bombas

• Instalaciones de Prueba para

Transmisiones

• Aplicación Túnel de Viento

• Pruebas Junta Universal

• Reemplazo de dispositivos

de corriente de Eddy para

mayor ahorro de energía!

Bancos Pruebas/Dinamómetros



EJEMPLO:

• Banco prueba 250 kW Motor Hidráulico

• La carga es “deadheaded” bomba hidráulica

• La energía es disipada en la torre de

enfriamiento o por el intercambiador de calor

– requiriendo agua helada…

Banco Pruebas/Dinamómetros


Un turno, 5 días/semana, 50% ciclo

Energía ahorrada: 173 kW ($17,300/año)

Retorno de Inversión: 17 meses

Ahorros anuales y Retorno

Inversión!

Eficiencia

Ciclo de Operación

Tamaño de Motor

CALCULADORA

DE VALOR

Convirtiendo un banco de pruebas

$17,000/año operando un turno



¿Que es el Retorno de Inversión?

• La cantidad de energía ahorrada

depende de la aplicación y del

ciclo de trabajo

• 10% frenado = 10%

recuperación de energía, menos

ineficiencia del drive

• Hasta 98% de recuperación es

posible en aplicaciones de

frenado continuo


Incentivos!


Recursos…

CEE – - Consortium for Energy EfficiencyINDUSTRIAL > Motors/Motor Systems

“The goal of the CEE Motors & Motor Systems initiatives

are to improve performance and efficiency in industrial

motors and motor systems”

Web Link:

http://www.cee1.org/


http://www.cee1.org/

Recursos…

US Department Of Energy “Best Practices for Motors, Pumps, and Fans”• Case studies

• Technical publications

• Tip sheets

• Source books

• Software

Web Link:

http://www1.eere.energy.gov/industry/bestpractices/motors.html


http://www1.eere.energy.gov/industry/bestpractices/motors.html

Recursos…

Perfil de Aplicación /Historias de Éxito


Ahorro Energía y Recuperación

CONCLUSIÓN

• Parker SSD Drives ofrece una

amplia variedad de productos que

permiten a los usuarios conservar

y/o recuperar costos de energía – y

nuevas oportunidades para

incrementar las ventas

• Existen numerosas oportunidades

de retrofit, y pueden ser

identificadas durante un recorrido

• Tome ventaja de los incentivos

monetarios mientras duren!© Parker Hannifin de México

Parker Hannifin de México, S.A. de C.V.

Tel.: (01 722) 275 4200

E-mail: [email protected]

Dirección:

Eje Uno Norte # 100

Parque Industrial Toluca 2000

Toluca, Edo. de México

C.P. 50100


mailto:[email protected]

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