EE Motores Electricos

Estudio de CasoProyecto Piloto de Reemplazo de MotoresElctricos en la Minera de Cobre - Chile

Auditoras ex-ante y ex-postPearcy and Pearcy Consultores

Asesora metodolgicaEvaluacin tcnico-econmicaElaboracin de Estudio de CasoIngeborg Mahla A.Departamento de Ingeniera ElctricaUniversidad de Santiago de Chile

Santiago de Chile, octubre de 2009

Estudio de CasoProyecto Piloto de Reemplazo de MotoresElctricos en la Minera de Cobre - Chile

1 Introduccin

2 El Proyecto Piloto

3 Qu es un motor de alta eficiencia?

4 Metodologa de medicin y clculode la eficiencia

5 Metodologa para la evaluacineconmica

6 Auditoras ex-ante y ex-post

7 Conclusiones generales

Apndice

Temario

5

9

13

17

25

29

53

57

El aumento sostenido en los costos de la energa, el previsible agotamiento de parte delos recursos energticos no renovables y la preocupacin por el cambio climtico global,han llevado a diferentes pases a formular y a comprometerse con polticas de desarrollosustentable basadas en el uso eficiente de sus recursos energticos.

La importancia que tiene la energa para el desarrollo de un pas como Chile qued demanifiesto en la cuenta de la Presidenta al Congreso en mayo de 2008, uno de cuyosejes fueron los anuncios en materia energtica. Dos de ellos fueron que actualmenteexisten proyectos de inversin en energa por casi veintin mil millones de dlares, y lacreacin de un subsidio destinado a la adquisicin de motores eficientes en la pequeay mediana empresa1. Estos anuncios son un reflejo de las actuales polticas, que se basanen la diversificacin de la matriz energtica y en el uso eficiente de la energa.

Entre los lineamientos estratgicos del Programa Pas de Eficiencia Energtica (PPEE),se considera educar para el correcto uso de la energa y promover polticas pblicas quepermitan reducir las barreras financieras, tecnolgicas y de informacin que obstaculizanel uso de la tecnologa disponible. La finalidad es mejorar la eficiencia energtica en elsector industrial, en el sector residencial y en la infraestructura de uso pblico.Se han realizado diferentes diagnsticos que coinciden en destacar la importancia de laminera en el consumo de energa elctrica.

1 Ediciones especiales on line de El Mercurio,acceso 18/10/08.

Proyecto Piloto de Reemplazo de Motores Elctricos en la Minera del Cobre - Chile

Estudio de caso 5

Introduccin

2 Comisin Nacional de Energa(CNE), Balance Nacional deEnerga, septiembre de 2008.

Figura 1. Consumo sectorial de electricidad en Chile en el ao 20072

Ind. y Min 65%

Com. Pb. Res 30%

Energtico 4%Transporte 1%


6 Estudio de caso

La Figura 2 ilustra la incidencia del consumo de la industria del cobre sobre el total delconsumo de electricidad del sector industrial y minero.

Figura 2. Consumo de electricidad de la industria chilena del cobre en el ao2007, en relacin a otras industrias del sector industrial y minero3.

El mayor porcentaje de la energa elctrica empleada en la minera corresponde al consumode motores elctricos. Por otra parte, la tendencia es que la energa elctrica representeuna porcin cada vez mayor de la estructura de insumos de energa de las empresasmineras. No se dispone de estadsticas generales del consumo de motores elctricos enlas empresas mineras chilenas, aunque dos estudios pueden dar una idea de su importancia.

En el primero, el U.S. Department of Energy (DOE) realiz una estimacin basada endatos recogidos a partir de una muestra de 265 empresas de Estados Unidos4. Determinque, de la energa elctrica total consumida por las empresas seleccionadas, en sistemasmotrices de procesos industriales se empleaba un 62,6%. Este porcentaje se elevaba aun 82,5% en el caso de la industria no manufacturera y a un 90% en el caso de las cuatroempresas mineras consideradas en la muestra de ese estudio. El segundo estudio,preparado por la Universidad de Chile para el Ministerio de Minera, estima que el 70%del consumo de la industria y la minera chilena corresponde a motores elctricos5.

El porcentaje de energa elctrica consumida por los sistemas motrices vara segn losprocesos propios de cada empresa minera, pero en general la fraccin ms importantecorresponde a los motores. Una parte de ellos puede ser sustituida por motores elctricosde alta eficiencia. A partir de la nueva norma internacional que armoniza los antiguosestndares europeo y norteamericano, es posible sustituir motores estndar por motoresde alta eficiencia en un rango de 0,75 a 375 kW. Los motores de gran potencia, talescomo los empleados en molinos u otros similares, debido a sus caractersticas ya son dealta eficiencia y quedan excluidos del alcance de este estudio.

Cobre 47%

Otras 53%

3 Comisin Nacional de Energa(CNE), Balance Nacional de

Energa, septiembre de 2008.

4 U.S. Department of Energy,United States industrial electric

motor systems marketopportunities assessment,

December 1998(updated December 2002).

5 Ministerio de Minera yPrograma de Investigaciones en

Energa de la Universidad deChile - PRIEN, Caracterizacin

del parque actual de motoreselctricos en Chile,

septiembre de 2006.


Estudio de caso 7

La relevancia de los motores en el consumo de energa elctrica no es exclusiva del sectorindustrial y minero. La Figura 3 muestra la distribucin mundial del uso de la electricidad,donde el consumo de los motores elctricos representa un 40% del total.

Figura 3. Uso mundial de la electricidad6.

Considerando lo anterior, se han desarrollado normas chilenas que facilitan la selecciny adquisicin de motores eficientes certificados, ya sea en nuevos proyectos o parasustituir los existentes.

No obstante, para la evaluacin econmica de la alternativa de motores eficientes versusmotores convencionales, se requiere disponer de antecedentes basados en la experienciaprevia de emplear motores eficientes en procesos bajo condiciones reales de funcionamiento.La eficiencia de un motor en planta, bajo carga y condiciones de entorno distintas deaquellas empleadas en el laboratorio de certificacin, puede variar significativamente yse encuentra asociada a las caractersticas de cada proceso productivo.El uso de motores eficientes en la minera chilena constituye una innovacin tecnolgica.Aunque la tecnologa se encuentra disponible a travs de los diferentes proveedoreslocales y el concepto de eficiencia energtica se ha divulgado ampliamente, existe pocaexperiencia en la evaluacin del rendimiento de los motores en los diferentes procesosde la minera.

En julio de 2006 se constituy la Mesa Minera de Eficiencia Energtica (MMEE), con laactiva participacin de Anglo American, Codelco, Barrick, Minera Los Pelambres, Spence,Compaa Minera Doa Ins de Collahuasi, el Programa Pas de Eficiencia Energtica(PPEE), la Subsecretara de Minera, la International Copper Association a travs deProcobre-Chile y el Programa de Investigaciones en Energa de la Universidad de Chile(Prien). Su objetivo es que las empresas de la Gran Minera gestionen el uso de la energa,intercambien experiencias, estudien la aplicacin de indicadores de eficiencia energticaapropiados para todas las empresas y desarrollen proyectos asociativos de innovacin.Actualmente la MMEE agrupa a ms de 14 empresas mineras y cuenta con el apoyo dedistintas organizaciones, entre ellas, International Copper Association (ICA), Asociacinde Consumidores de Energa no Regulados (Acenor), el Consejo Minero y la SociedadNacional de Minera (Sonami)7.

Motores (40%)

Iluminacin (19%)

Domiciliario

Electrnica

Calefaccin elctrica

Vehculos: Trenes

Electroqumica

Miscelneo

6 Brunner, C., APEC Workshop, December 2007,Beijing (revised July 2008).

7 Memoria de la Mesa Minerade Eficiencia Energtica, Diciembre de 2008.


8 Estudio de caso

La MMEE examin la posibilidad de substituir los motores elctricos de la Gran Minerapor motores de alta eficiencia y concluy que:

Existen estudios mundialmente reconocidos que comprueban la factibilidad tcnicay econmica del reemplazo de motores elctricos convencionales por motores y sistemas motrices eficientes.

Sin embargo, la falta de casos prcticos para el mercado chileno, que confirmenlos estudios tericos, dificulta que los ejecutivos de las empresas tomen decisionesfavorables a las inversiones en eficiencia energtica.

En el ao 2007, Procobre-Chile invit a las entidades integrantes de la MMEE a participaren el Proyecto Piloto de Reemplazo de Motores Elctricos en la Minera de Cobre Chile. Este proyecto, pionero en nuestro pas, ha generado una valiosa experienciamediante la evaluacin y verificacin de los ahorros logrados, bajo condiciones reales deoperacin en planta.

Este proyecto es un esfuerzo pblico-privado, al cual se sumaron el PPEE, la Subsecretarade Minera, y las empresas mineras Anglo American, Codelco Chile, Enami y MineraEscondida Ltda. operada por BHP Billiton . Este conjunto de asociados gener losobjetivos, dise las estrategias, proporcion los medios y realiz el seguimiento a travsde la MMEE.

La empresa fabricante de motores WEG particip como proveedora de los motores dealta eficiencia y de los servicios tecnolgicos requeridos para la ejecucin del proyecto.

Como consultores participaron el Programa de Investigaciones en Energa (Prien) de laUniversidad de Chile, que desarroll el primer diagnstico para la seleccin de los motoresque podran ser incluidos en el Proyecto; Duam Innovacin al Sur del Mundo, que realizla coordinacin operativa entre las entidades participantes; Pearcy and Pearcy Consultores,que efectu las auditoras ex-ante y ex-post; y la Universidad de Santiago de Chile, queapoy los aspectos metodolgicos, realiz la evaluacin tcnico-econmica y sintetizlos resultados en el presente Estudio de Caso.

En este documento se presenta la metodologa empleada para realizar las medicionesy clculos requeridos para estimar la eficiencia energtica y los ahorros generados a partirdel reemplazo de motores estndar por motores de alta eficiencia. Se consideran losaspectos tcnicos y econmicos, y se analizan los resultados obtenidos en las auditorasex-ante y ex-post, en cada una de las empresas mineras donde se realiz la sustitucin.

Finalmente, se presentan las conclusiones y recomendaciones para futuros proyectos desustitucin de motores.


Estudio de caso 9

2. El Proyecto Piloto

Durante el desarrollo del Proyecto Piloto, se realiz una secuencia de actividades cuyoobjetivo fue verificar los ahorros logrados mediante el reemplazo de motores existentespor motores de alta eficiencia, y documentar los resultados para que la experiencia logradapermita apoyar a los ejecutivos de las empresas mineras en la toma de decisiones deinversin en tecnologa eficiente y en el desarrollo de proyectos tcnica y econmicamenteviables.

Para verificar los ahorros se realizaron auditoras previas y posteriores a la substitucinde motores (auditoras ex-ante y ex-post, respectivamente) en los procesos intervenidos.La auditora de eficiencia energtica ex-ante es un proceso que permite estimar los ahorrosen demanda de potencia y consumo de energa, que se lograrn al substituir los motores,con el objetivo de evaluar tcnica y econmicamente las inversiones necesarias.La auditora de eficiencia energtica ex-post permite verificar, con posterioridad al reemplazode los motores, si efectivamente se lograron los ahorros previstos. Tanto la auditora ex-ante como la auditora ex-post deben ser efectuadas por un consultor independiente qued fe pblica de la neutralidad de los resultados.

Considerando que existe una variedad de tcnicas y metodologas para la medicin yclculo de los ahorros, y que la seleccin de la metodologa ms adecuada afecta laincertidumbre de las estimaciones de ahorro, se estim necesario evidenciar la forma enque se realizan las mediciones y clculos, seleccionando una metodologa cuyos mtodosy frmulas de clculo sean explcitos y respecto de los cuales exista suficiente experiencia,documentacin y software pblicamente disponible. Hasta el momento no existen normaspara realizar las mediciones y clculos de eficiencia de motores en planta, por lo que parael clculo de los ahorros se sigui las recomendaciones del Departamento de Energa deEstados Unidos a travs de su documentacin de uso pblico.

Las actividades desarrolladas fueron las siguientes:

Identificacin de los procesos productivos ms adecuados y representativos pararecambiar los motores, priorizando los programas de mantenimiento para evitarel impacto en la operacin de las plantas.

Instalacin y suministro de todos los equipos necesarios para hacer las medicionesde los motores actualmente instalados en cada lnea de produccin seleccionada.Esta actividad estuvo a cargo de la empresa fabricante de motores que participen el proyecto, WEG.

Realizacin de una Auditora Energtica, por todos los participantes, para evaluacin ex-ante del proyecto. La actividad se encomend al consultor externoPearcy and Pearcy.

Especificacin de los motores eficientes que deban reemplazar a los antiguos. Esta actividad fue responsabilidad de la empresa WEG, con la participacin y aprobacin de todos los dems participantes.

Desarrollo del proyecto de instalacin de los motores eficientes por el personal especializado de las compaas mineras participantes, Anglo American, CodelcoChile, Enami y Minera Escondida Ltda. operada por BHP Billiton, respetandoel programa de mantenimiento.

Instalacin y suministro de todos los equipos necesarios para efectuar las mediciones de los motores actualmente instalados en cada lnea de produccinseleccionada. Esta actividad estuvo a cargo de la empresa WEG.

Realizacin de una Auditora Energtica por todos los participantes, para evaluacin ex-post del proyecto. En el presente documento se incluyen las auditoras ex-post en tres de las empresas mineras. Los resultados posteriores a ellas se incluirn en un Addendum. La auditora fue realizada por la empresa consultora Pearcy and Pearcy.

Evaluacin tcnica y econmica de los ahorros. Los clculos de eficiencia y la evaluacin econmica, basados en las auditoras ex-ante y ex-post del auditor Pearcy and Pearcy, fueron realizados por la Universidad de Santiago de Chile.

Anlisis de la informacin existente, con la finalidad de elaborar recomendacionesmetodolgicas para futuros proyectos de reemplazo. A partir de los resultados logrados, se prepar un estudio de caso de reemplazo de motores en la Gran Minera, para difundir los resultados del proyecto tanto a nivel nacional como internacional. Esta actividad fue desarrollada por la Universidad de Santiago deChile.


10 Estudio de caso


Estudio de caso 11

Los motores seleccionados para realizar mediciones estn ubicados en plantas de lascompaas mineras participantes en el proyecto, como se indica en la Tabla 1.

Tabla 1. Motores seleccionados para realizar mediciones.

CompaaMinera/Planta/Faena

Motores consideradospara reemplazo

Aplicacin de los motores

Celdas de flotacin10 Motores de 25 HPAnglo American,Divisin El Soldado

Minera Escondida(BHP Billiton)

Enami, Fundicin Videla Lira(Ex Paipote)

10 Motores de 60 HP

3 Motores de 60 HP4 motores de 100 HP

Celdas de flotacin

Bombas


Estudio de caso 13

3. Qu es un motorde alta eficiencia?

La eficiencia, en general, puede ser definida como

donde, para el caso de los motores elctricos, este concepto se emplea en relacin a lapotencia de mecnica de salida y a la potencia elctrica de entrada. No toda la potenciaelctrica se transforma potencia mecnica, ya que entre la entrada y la salida se producenprdidas. Es por ello que la ecuacin (1) es equivalente a

Potencia de salidaEficiencia =

Potencia de entrada, (1)

Potencia de entrada - prdidasEficiencia =

Potencia de entrada, (2)

o igualmente a

Potencia de salidaEficiencia =

Potencia de salida + prdidas, (3)

En un motor elctrico, las prdidas pueden clasificarse como8:

Prdidas mecnicas (por roce y ventilacin): Prdidas en descansos, sellos y potencia consumida por el ventilador de la mquina.

Prdidas en el ncleo magntico: Por histresis y corrientes de eddy en acero laminado en el rotor y en el estator.

Prdidas i2R: En las bobinas del estator y en las barras conductoras del rotor.

Otras prdidas, principalmente por radiacin electromagntica. Varan con el cuadrado de la carga.

8 U.S. Department of Energy, Electric motor efficiency: Whitepaper overview, Hydraulic Institute Spring Meeting, June2-5, 2005.

El motor elctrico de alta eficiencia es un motor especialmente diseado para minimizarlas prdidas. Algunas de las tcnicas empleadas para reducirlas, son las siguientes 8:

Mayor calibre de conductores

Rotor y estator ms grandes

Rotor moldeado en cobre

Menor resistencia del eje

Ventilador ms pequeo

Entrehierro optimizado

Mejor acero con laminaciones finas

Optimo sello de cojinetes

Normas de ensayo, clasificacin y etiquetado de eficiencia energtica

Con el propsito de que el usuario pueda decidir qu motor es ms adecuado para unadeterminada aplicacin, se han desarrollado normas de ensayo, clasificacin y etiquetadode eficiencia de motores elctricos. Las normas de ensayo permiten probar los motoresbajo condiciones normalizadas. Las normas de clasificacin de eficiencia energticaestablecen categoras de eficiencia, considerando la eficiencia nominal de un determinadomodelo de motor y sus caractersticas ms importantes, tales como potencia y frecuencianominales o nmero de polos. Las normas de etiquetado de eficiencia energtica permitenque el motor sea rotulado con una etiqueta donde conste su categora de eficiencia.

Para que un fabricante de motores pueda establecer en la etiqueta que un cierto modelocumple con los valores establecidos por una norma determinada, un cierto nmero demuestras de dicho modelo debe haber sido ensayado y certificado por una entidadindependiente autorizada segn la reglamentacin vigente en cada pas. Si bien laspruebas se realizan en un laboratorio, bajo carga nominal y condiciones controladasespecificadas en la norma de ensayo, los valores de eficiencia establecidos en la normade clasificacin y etiquetado se emplean como referencia para estimar los valores deeficiencia de los motores en operacin bajo diferentes condiciones de carga. Para mejorarla estimacin, se emplean adems diferentes factores de correccin que consideranaspectos operacionales y ambientales.

La norma de ensayo internacional actualmente vigente es la IEC 60034-2-1, publicadael 10 de septiembre de 2007. Esta norma constituye la base de armonizacin de lasdiferentes normas de clasificacin y etiquetado, permitiendo que se emplee una norma


14 Estudio de caso


Estudio de caso 15

nica en los principales bloques econmicos y evitando que el usuario tenga que optarentre esquemas de clasificacin de eficiencia no comparables. Se incluyen tanto losmtodos de prueba de las anteriores normas de ensayo IEC (estndar europeo), comoel mtodo IEEE 112B (estndar norteamericano). Asimismo, se incorpora el nuevo mtodoEh-Star. Los mtodos de ensayo estn clasificados segn su incertidumbre(High/Medium/Low).

Existe una diversidad de normas que permiten clasificar y etiquetar los motores segnsu eficiencia. Las ms conocidas son: el esquema de etiquetado Cemep, un acuerdo entrefabricantes europeos que establece tres categoras (Eff 1, Eff2, Eff3) para los motores enel rango de 1,1 a 90 kW, y la norma norteamericana Nema MG1-2006, que establece doscategoras (Premium Efficient y Energy Efficient) para los motores en el rango de 1 a500 HP.

La coexistencia de diferentes normas para clasificar motores vigentes en distintas regioneso pases es un obstculo a la libre competencia, confunde a los consumidores y elevalos costos de ensayo para los fabricantes o distribuidores. Para evitar estos y otrosinconvenientes, se desarroll la norma internacional de clasificacin de eficiencia paramotores trifsicos de jaula de ardilla IEC 60034-30, cuya primera edicin se public el 22de octubre de 2008. Esta norma es complementaria a la norma de ensayo IEC 60034-2-1. Se espera que ella armonice la clasificacin de eficiencia vigente en la Unin Europea,Estados Unidos y diversos pases de Latinoamrica.

En la norma IEC 60034-30 se establecen tres clases de eficiencia energtica: IE1, IE2 eIE3. Se ha previsto una categora ms exigente, IE4, an no disponible comercialmente,para futuras ediciones de la norma 9, 10, 11. Las cuatro categoras son:

IE4 (Eficiencia Super Premium)

IE3 (Eficiencia Premium)

IE2 (Alta Eficiencia)

IE1 (Eficiencia Estndar)

Estas categoras consideran adaptaciones de aquellas pertenecientes a las clasificacionesactualmente vigentes. Se incluyen Eff1 y Eff2, adaptadas del esquema Cemep, comoasimismo EPAct (clase de eficiencia mnima vigente en Estados Unidos, equivalente aEnergy Efficient) y Nema Premium.

El rango de potencia de los motores que pueden ser certificados (0,75-375 kW) es msamplio que el del esquema de etiquetado Cemep e incluye motores con velocidadescorrespondientes a 2, 4 y 6 polos, frecuencias nominales de 50 y 60 Hz, y voltaje nominalde hasta 1.000 V.

9 Brunner, C. U.(A + B International), APEC Workshop, Beijing, December2007 (revised July 2008).

10Brunner, C. U., MEPSA 2009,Sydney, February 2009.

11IEC, International Standard IEC60034-30, Ed. 1.0, October 2008.


16 Estudio de caso

En Chile, la Superintendencia de Electricidad y Combustibles estableci, a travs de laResolucin Exenta N 204112, la obligatoriedad de adoptar a partir del 4 de enero de 2010los Protocolos PE N 7/01 y PE N 7/01/02 en el rea de Seguridad y en el rea deEficiencia de Motores Trifsicos de Induccin Jaula de Ardilla, respectivamente. El protocoloPE N 7/01/02 13 se basa en la norma de ensayo IEC 60034-2-1 y en la norma chilenade clasificacin y etiquetado NCh 3086. El campo de aplicacin del protocolo es restringido(0,75 kW hasta 7,5 kW) y se sustituyen las tablas de clasificacin de eficiencia de la normaNCh 3086 por las tablas de clasificacin de la norma IEC 60034-30 para 50 Hz.

En sntesis, en Chile se sigue la tendencia de armonizacin en un estndar internacionalnico basado en la norma 60034-2-1 para los ensayos y la norma IEC 60034-30 para laclasificacin en categoras de eficiencia energtica. Las particularidades nacionales serefieren principalmente al diseo de la etiqueta que es similar al de las normas declasificacin y etiquetado de otros productos nacionales y al campo de aplicacinobligatoria, que es limitado.

12 SEC, Resolucin ExentaN 2041, 31 de diciembrede 2008.

13 SEC, PE N 7/01/2,29 de diciembre de 2008.

Tanto la metodologa de clculo de la eficiencia como las mediciones deben ser adecuadasa las condiciones reales de operacin de las plantas mineras. Algunas restricciones propiasdel entorno que se relevaron al seleccionar la metodologa fueron:

Por consideraciones de costo, es preferible emplear instrumentos de incertidumbremedia, similares a los existentes en el mercado chileno para mediciones industriales.Es el caso de las mediciones realizadas por la empresa auditora Pearcy and Pearcy.

Los instrumentos de medicin deben ser seguros, robustos, fciles de usar y deben estar disponibles en el medio local, mediante adquisicin o arriendo.

El mtodo de medicin no debe ser invasivo, esto es, no debe afectar la normaloperacin de los procesos.

La alimentacin de los motores no siempre es la ptima. Pueden existir variacionesen el voltaje de servicio del proveedor de energa o desequilibrio entre las fases,que afecten la eficiencia. Existen tambin otras variables del entorno, tales comola altura a la cual se encuentra la planta o la temperatura ambiente, que incidenen la eficiencia.

Algunos procesos pueden exhibir importantes oscilaciones en su carga o en susvariables, que se reflejan en el factor de carga de los motores. Los motoressometidos a grandes variaciones estarn dimensionados para su carga

mxima y no es esperable que los usuarios deseen correr riesgos reemplazndolospor motores redimensionados para una carga mxima inferior.

Por restricciones de costo, y siempre que sea posible, es deseable que los perodosde medicin sean breves.

No existe una metodologa nica de medicin y clculo de la eficiencia de motoresen planta, que sea parte de normas internacionales, regionales o nacionales. Porello, se deba seleccionar una metodologa confiable, conocida y aceptada


Estudio de caso 17

4. Metodologa de mediciny clculo de la eficiencia


18 Estudio de caso

internacionalmente, que se hubiese validado ampliamente en la industria y que estuviese respaldada por entidades de prestigio, publicaciones con citas a revistasde corriente principal o textos de especialistas reconocidos, y las normas que fuese posible aplicar o adaptar al caso.

Marco metodolgico de referencia

Considerando los aspectos anteriores, se siguieron las recomendaciones del Departamentode Energa de Estados Unidos (DOE) a travs de su documentacin de uso pblico. Dichadocumentacin recoge la experiencia de un conjunto de organismos de gobierno,instituciones, empresas y universidades de reconocido prestigio.

Las recomendaciones, que son de carcter general (guidelines), fueron complementadascon referencias a normas y publicaciones. Ellas no conforman un cuerpo rgido deinstrucciones, de modo que pueden ser adaptadas a las condiciones operacionales y ala informacin disponible del proceso.

Para la correccin del clculo de la eficiencia segn las condiciones operacionales yambientales a las que est sometido el motor, se emple el conjunto de factores decorreccin que forma parte del software Evamotor 1.0, desarrollado por el Programa deInvestigaciones en Energa de la Universidad de Chile (Prien) para el Centro de Promocinde Usos del Cobre (Procobre). Los factores de correccin son de uso pblico y las frmulasempleadas se incluyen en el Anexo de este documento14.

Seleccin del conjunto de motores

El DOE recomienda la siguiente estrategia de seleccin15:

Dividir la planta en reas y realizar una lista de los motores que podran ser sustituidos.

Los motores que tengan un consumo importante de energa deben encabezar lalista.

Los motores pequeos que funcionan en forma intermitente deben situarse al final de la lista.

Se debe seleccionar motores que operen sobre un periodo prolongado de tiempo(al menos 2.000 horas al ao).

Es preferible seleccionar motores con carga constante (no intermitente, cclica ofluctuante).

Los motores estndar antiguos y/o rebobinados son los mejores candidatos parael reemplazo.

14 PROCOBRE / PRIEN, Seleccin econmica y energticamente eficiente demotores elctricos EVAMOTOR 1.0, Manual delUsuario, Anexo A (1999).

15 U.S. Department of Energy, Energy management for motordriven systems (2000).

Los motores deben tener fcil acceso para realizar mediciones.

La placa de datos debe ser legible.

Se recomienda seleccionar motores no especiales.

En el Proyecto Piloto se adoptaron criterios muy similares. Se seleccion un conjunto demotores segn la siguiente estrategia:

Realizar un levantamiento del parque de motores elctricos de la planta.

Dividir los motores por rea de aplicacin o tipo de carga asociada a motores.

Dividir los motores en sectores por tipo de alimentacin (voltaje y frecuencia).

Identificar motores antiguos ya reparados (especialmente aquellos rebobinados).

Algunas de las recomendaciones del DOE no se pueden aplicar en ciertos procesosmineros. En general, las cargas tienen fluctuaciones, y no siempre est disponible todala informacin de placa. En el primer caso, las fluctuaciones inciden en la incertidumbrede la estimacin de eficiencia y pueden afectar la rentabilidad; no obstante el proyectoaun puede ser econmica, social o ambientalmente viable. En el segundo caso, el fabricanteo proveedor de motores puede proporcionar informacin adicional en base a lascaractersticas que estn disponibles.

Otra consideracin importante se refiere al rango de potencia de los motores: debeadecuarse al rango de motores de alta eficiencia disponible en el mercado, que a su vezdepende de si el motor ser Nema o IEC y de las normas vigentes. Para motores IEC,descartando los motores muy pequeos, el rango adecuado en la poca de inicio delproyecto era entre 7,5 y 90 [kW].

Las mejores prcticas

Al desarrollar un proyecto de sustitucin de motores, es muy recomendable quesimultneamente se realice un estudio de las condiciones del sistema de distribucininterno de la planta, a travs del cual se alimenta los motores. Entre la subestacin y losmotores pueden existir cadas de tensin que producen prdidas de eficiencia tanto enel sistema de distribucin como en la operacin de los motores. Otros aspectos, talescomo bajo factor de potencia, desequilibrio de las fases, distorsin armnica y sobretensiones,afectan tambin el rendimiento.

El adecuado dimensionamiento y posterior mantenimiento de los motores es tambin muyimportante. Si un motor fall, debido a la urgencia de su reposicin pudo haber sidoreemplazado por otro de mayor potencia nominal, resultando con el correr del tiempo laprdida del adecuado dimensionamiento de los motores y la degradacin del factor de


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potencia del sistema motriz. Tambin pueden ocurrir la prdida de informacin de la placacaracterstica o del historial de reparaciones, o prcticas inadecuadas de mantenimiento.

Para mejorar la eficiencia del sistema motriz completo es muy importante evaluar todosestos aspectos, un proyecto de sustitucin de motores es una muy buena oportunidadde desarrollar buenas prcticas. Las mismas mediciones realizadas para estimar laeficiencia son de utilidad para realizar un diagnstico de las condiciones de operacin delos motores. La implementacin de medidas de gestin y buenas prcticas, simultneamentecon la substitucin de motores, puede asimismo mejorar la rentabilidad del proyecto.

No obstante, en el Proyecto Piloto se deseaba evaluar las ganancias en eficiencia comoresultado de la sustitucin de motores, independientemente de otros factores. Por ello nose consider el desarrollo de las mejores prcticas y ellas no son tratadas en estedocumento. Para mejorar las condiciones operacionales y de gestin de los sistemasmotrices, se recomienda consultar la gua del DOE para el desarrollo de proyectos desistemas motrices eficientes, que incluye desde aspectos de gestin hasta recomendacionespara implementar las mejores prcticas de mantenimiento16.

Mtodo de estimacin de la eficiencia

La eficiencia de un motor elctrico no es medida directamente, sino que se estima a partirde la medicin de variables elctricas del motor. Es de inters medir tambin la intensidadenergtica, esto es, el cuociente entre cantidad de producto producido y energa elctricaconsumida por el motor. Sin embargo, esta ltima informacin que se refiere a variablesdel proceso no siempre est disponible en forma simultnea con las mediciones de lasvariables elctricas. En el caso del Proyecto Piloto, se estim la eficiencia de los motoresantiguos y se compar con la eficiencia de los motores nuevos, bajo condiciones normalesde operacin de los procesos.

Existen diversos mtodos para estimar la eficiencia de un motor. Ellos difieren en suincertidumbre y en su grado de invasividad. La invasividad es el grado de perturbacinque produce la medicin, sobre la normal operacin del proceso.

Los mtodos ms invasivos son tambin los de menor incertidumbre, y se emplean parael ensayo de los motores que se certifican bajo norma. Este tipo de ensayos tiene un altocosto, ya que debe disponerse de un laboratorio con instalaciones especiales y equiposde medicin onerosos. En el caso de los ensayos de laboratorio bajo norma, aunqueexisten varias alternativas para seleccionar el mtodo de ensayo, cada uno de ellos seencuentra estrictamente regulado.

En el caso de las mediciones efectuadas en procesos, en cambio, existen solo directricescomo la del DOE. Por ello existe una diversidad de mtodos de ensayo y clculo de losfactores de correccin que deben considerarse para la estimacin de la eficiencia. Cadafabricante o consultor tiene su propia variante de la metodologa de medicin y clculo,basada en la experiencia acumulada de ensayos de diseo o de casos de aplicacin.



Estudio de caso 21

Tambin existen numerosos programas para estimar la eficiencia, que permiten efectuarlos clculos posteriores a las mediciones. Algunos de ellos son de uso general e incluyenbases de datos de motores de varios fabricantes, como el MotorMaster+ o el Imssa; otrosson ofrecidos por los fabricantes de motores. Los ms sofisticados emplean frmulaspatentadas y se complementan con dispositivos electrnicos especialmente diseados,lo que eleva el costo de los equipos de medicin.

Para estimar la eficiencia de un motor operando en planta, es deseable que el mtodoseleccionado sea de muy baja invasividad y que se pueda emplear un instrumento demedicin robusto y de costo no muy elevado.

Los tres mtodos de baja invasividad ms conocidos son: el mtodo de la potencia deentrada, el mtodo de las corrientes y el mtodo del deslizamiento. Estos mtodos seemplean para inferir el factor de carga esto es, la fraccin de la potencia nominal a laque est operando el motor con carga, que a su vez se emplea para calcular la eficiencia.De los tres, el DOE recomienda el mtodo de la potencia de entrada, porque es el demenor incertidumbre. Este mtodo permite lograr un buen compromiso entre costo eincertidumbre, ya que a menor incertidumbre, mayor costo de medicin.

Las condiciones de operacin del motor deben ser consideradas tambin, ya que influyenen su eficiencia. Las frmulas para los factores de correccin empleadas en el ProyectoPiloto, que se incluyen en el Anexo, consideran aspectos operacionales, ambientales yel estado del motor, tales como: carga a la que est sometido el motor, voltaje diferentedel nominal, desequilibrio de tensin o corriente en las fases y nmero de rebobinadosde los motores existentes. El clculo de la eficiencia es corregido segn dichos factores.

Para el Proyecto Piloto, se emple el mtodo de la potencia de entrada, que se complementcon clculos basados en los datos de los motores de alta eficiencia proporcionados porel fabricante WEG y con los factores de correccin anteriormente mencionados.

Mtodo de la potencia de entrada

El mtodo consiste en determinar el factor de carga a partir de la medicin de la potenciade entrada. Con este factor, se obtiene la eficiencia desde una curva proporcionada porel fabricante o interpolada a partir de los datos proporcionados por ste, para distintosfactores de carga: 1 (100% o carga nominal), 0.75 (75%) y 0.5 (50%). En el caso de losmotores estndar en operacin, si solo se dispone de la eficiencia nominal, se puedeemplear una frmula de clculo el factor de correccin por carga sealado en el Apndice-para inferir la curva a partir de ese dato. Si no se dispone de informacin de placa, esposible emplear una tabla de valores basada en un promedio entre fabricantes, como laproporcionada por el DOE17.La potencia de entrada puede ser obtenida directamente de un analizador de potencia,o puede calcularse a partir de mediciones de tensin y corriente, como

(5)



22 Estudio de caso

donde

: Potencia trifsica medida [kW].: Voltaje RMS promedio entre lneas, de las 3 fases (Vab, Vbc, Vca), [V].: Corriente RMS promedio de las 3 fases [A].: Factor de potencia (adimensional).

La potencia de entrada nominal a plena carga se calcula como

donde

: Potencia nominal de entrada [kW].: Potencia nominal [HP].: Eficiencia nominal (adimensional).

La carga se obtiene como

donde

:Potencia de salida como % de la potencia nominal [kW].: Potencia trifsica medida [kW].: Potencia nominal de entrada [kW].

La ecuacin (7) es una aproximacin de la carga mecnica, que se calcula como la raznentre la potencia mecnica (en el eje del motor en operacin) y la potencia nominal, en %.Esta aproximacin se usa inicialmente, para evitar la medicin de la potencia mecnicaen el eje. Una vez determinada la eficiencia, se sustituye la ecuacin (7) por unaaproximacin mejor, como se indica en los prrafos siguientes. Tambin suele emplearseel factor de carga, que se define como la razn adimensional entre la potencia mecnicadel motor en operacin y la potencia nominal.

Con el valor de la carga calculado en (7), se determina la eficiencia a partir de la curvade eficiencia correspondiente al motor considerado y se efectan correcciones considerandoun factor de correccin debido a la degradacin de la eficiencia por sucesivos rebobinados,si el motor es usado, ms factores de correccin correspondientes a condicionesoperacionales y ambientales a las que est sometido el motor en la planta.

Con el valor corregido de la eficiencia, se recalcula la potencia mecnica de salida comoel producto entre la potencia elctrica de entrada y la eficiencia, y se corrige la estimacin

(6)

(7)


Estudio de caso 23

de la carga, definida esta vez como el porcentaje de la potencia mecnica en el eje sobrela potencia nominal, ambas en [HP]. Con esta nueva estimacin de la carga se obtienela eficiencia corregida.

Factores de correccin

El rendimiento puede corregirse considerando las siguientes condiciones de operaciny ambientales que afectan la eficiencia del motor18:

Voltaje de alimentacin sobre o bajo la tensin nominal. La correccin es vlida para tensiones inferiores a 110% de la tensin nominal, por lo que no se considerael fenmeno de saturacin magntica del motor.

Voltajes o corrientes distintos en cada uno de los tres devanados del motor. Estacondicin es conocida como desequilibrio o desbalance de voltajes o corrientes,respectivamente.

Factor de carga. Es habitual que el motor opere con carga distinta de la nominal.La eficiencia depende de la carga y sigue una curva caracterstica que se aproximaa una parbola.

Temperatura ambiente. sta afecta la temperatura de los devanados del motor.

Altura sobre el nivel del mar. La altura de la planta donde est instalado el motorafecta la transferencia de calor de las superficies externas del motor al medio ambiente.

Nmero de rebobinados del motor. El rendimiento se reduce entre un 1% y 2% cada vez que se rebobina el motor. En el proyecto se asumi una reduccin de 1,5% por cada rebobinado.

Las frmulas para los factores de correccin 18 empleados se indican en el Anexo.Aunque es posible considerar todos estos factores de correccin, la documentacin delDOE recomienda:

Corregir cualquier desequilibrio de tensin superior a 1%, considerando que se pone en riesgo la vida til del motor.

Corregir sobre o subtensiones superiores a 5 % en el voltaje de alimentacin delmotor.

Si los desequilibrios y las sobre o subtensiones son despreciables, no es necesario emplearfactores de correccin para calcular los efectos de estas dos condiciones que desmejoranla eficiencia de los motores. Es preferible mantener en buenas condiciones el sistema dedistribucin interno de la planta.

18 Procobre/ Prien, Seleccin econmica y

energticamente eficiente demotores elctricosEVAMOTOR 1.0, Manual delUsuario, Anexo A (1999).


24 Estudio de caso

Es por ello que la metodologa del DOE no indica factores de correccin para desequilibrioso sobre y subtensiones. En el Proyecto Piloto se asumi que los desequilibrios y lastensiones sobre o bajo el valor nominal no necesariamente tendran un efecto despreciable,por lo que s se emplearon los factores de correccin indicados en el Anexo. Las excepcionesse indican a continuacin.

No se emplearon factores de correccin por diferencia de frecuencia de alimentacinsta es despreciable, por altura ya estaba considerada en las especificaciones de losmotores, ni temperatura ambiente no fue registrada durante las auditoras.

En el caso de la temperatura ambiente, el factor de correccin es igual a uno para unatemperatura ambiente de 40 grados Celsius; por lo tanto el no considerar este factor esequivalente a asumir que la temperatura ambiente durante las mediciones era de 40C.El factor puede incluirse si la diferencia respecto de ese valor es significativa. En el casodel Proyecto Piloto, la temperatura fue siempre inferior a 40C, de modo que la eficienciareal al existir diferencias de temperatura es mayor que la calculada esto es, la estimacines conservadora.


Estudio de caso 25

5. Metodologa para laevaluacin econmica

La metodologa de referencia del DOE recomienda evaluar los proyectos de eficienciaenergtica de sistemas motrices en base al perodo de recuperacin simple, tambinllamado payback simple. Esta forma de evaluacin es bastante comn en proyectos deeficiencia energtica y consiste en calcular el perodo de tiempo necesario para recuperarla inversin inicial o los costos incrementales de la inversin, en base a los ahorrosgenerados por el menor gasto en energa y potencia. A dicho perodo se le denominapayback simple. Por simplicidad, los valores de los ahorros anuales no se actualizan alvalor presente. Se espera que el payback de una inversin atractiva sea inferior a tresaos; por lo tanto, en la comparacin de diferentes alternativas no se comete un errorapreciable.

La metodologa del DOE19 considera el clculo de los ahorros separados por energa ydemanda. Como en las empresas mineras chilenas es una prctica comn emplear elprecio monmico de la energa elctrica, se adapt la metodologa para realizar el clculosensibilizado segn tres valores del precio monmico, proporcionados por el Coordinadordel Proyecto Piloto, para los casos pesimista, base y optimista. Los valores empleadosen cada caso fueron US$ 50 /MWh, US$ 100 /MWh y US$ 150 /MWh, respectivamente.Es de inters notar que, si la empresa posee o desea implementar un sistema de gestino control de la demanda, se debe calcular separadamente los ahorros por energa y pordemanda.

A continuacin se indican las frmulas del DOE para el clculo del ahorro19 y la frmulamodificada para el precio monmico.

La reduccin de la demanda es calculada mediante la expresin


, (8)

donde:

Reduccin de demanda: Ahorro en demanda, debido al aumento de la eficiencia, en [kW].


26 Estudio de caso

: Potencia nominal, en [HP].Carga: Potencia de salida, como porcentaje de la potencia nominal. Si se especifica el

factor de carga (Potencia de salida / Potencia nominal [0/1]) en lugar de la carga,la eficiencia tambin se especifica en tanto por uno [0/1].

: Eficiencia de un motor estndar en operacin, en %.: Eficiencia de un motor eficiente en operacin, en %.

La energa ahorrada en un ao es calculada como

Energa ahorrada = Reduccin de demanda x Horas , (9)

donde:

Energa ahorrada: Energa elctrica anualmente ahorrada, en [kWh].Reduccin de demanda: Reduccin de la demanda, debido al aumento de la eficiencia, en [kW].Horas: Nmero de horas de operacin del motor, en un ao.

El ahorro anual en dinero, por demanda y energa, es

Ahorro anual = (Energa ahorrada x Costo energa) (10)+ (Reduccin de demanda x 12 x Costo mensual por demanda) ,

donde:

Ahorro anual: Ahorro anual en dinero, por demanda y energa, en US$.Energa ahorrada: Energa elctrica anualmente ahorrada, en [kWh].Costo energa: Costo de cada [kWh] de energa, en US$.Reduccin de demanda: Reduccin de la demanda mensual, debido al aumento de la

eficiencia, en [kW].Costo mensual por demanda: Costo mensual por cada [kW] de demanda, en US$.

Si se emplea el precio monmico de la energa elctrica, la ecuacin (10) se simplifica,obtenindose para el ahorro anual la siguiente expresin:

Ahorro anual = Energa ahorrada x Costo energa, (11)

donde:

Ahorro anual: Ahorro anual en dinero, por energa, en US$.Energa ahorrada: Energa elctrica anualmente ahorrada, en [kWh].Costo energa: Precio monmico por cada [kWh] de energa, en US$.


Estudio de caso 27

Es usual tambin, expresar la energa elctrica anualmente ahorrada en [MWh]; en talcaso, se especifica el precio monmico por cada [MWh] de energa, en US$. Se emplela ecuacin (11) en el clculo de los ahorros del proyecto.

En el caso de cargas de tipo centrfugo, podra ocurrir que, debido a la mayor eficienciadel motor, la velocidad angular de la carga se alterase ligeramente despus de sustituirel motor estndar por uno eficiente. Como no siempre se realiza la medicin de la velocidadangular en la auditora ex-ante y ex-post, el DOE recomienda especificar el nuevo motorde modo que la velocidad angular se mantenga en la nueva condicin de carga. Laeventual variacin de velocidad afecta el clculo del payback, pero no el de las eficiencias.

En las auditoras ex-ante y ex-post no se midieron las eventuales variaciones de velocidad,pero se estimaron las variaciones en la carga. Hubo variaciones en la carga, debido acaractersticas propias de los procesos. El factor de carga fue estimado en cada caso.


Estudio de caso 29

6. Auditoras ex-ante y ex-post

Las mediciones en las que se basan los clculos de las auditoras ex-ante y ex-post seencuentran documentadas en la Revisin B del Informe Final de las Auditoras Ex-Antey Ex-Post del Proyecto Piloto, entregado por la empresa consultora Pearcy & Pearcy20.Los clculos correspondientes a la eficiencia, a los ahorros de energa y a la evaluacineconmica fueron realizados por la Universidad de Santiago.

Objetivos

En base a las normas de eficiencia vigentes, realizar auditoras ex-ante y ex-posta los motores que participan en el proyecto piloto "Reemplazo de Motores en Empresas de la Minera de Cobre en Chile", determinando los consumos de energa y la eficiencia de cada uno de ellos antes y despus de efectuar el reemplazo de motores estndar por motores eficientes.

Alcances

Efectuar auditoras ex-ante y ex-post a cada uno de los motores que participan en el proyecto, con personal e instrumentos externos a las empresas mineras participantes y a la empresa proveedora de motores de alta eficiencia.

Seleccionar y adaptar una metodologa para el clculo de la eficiencia y el clculode los ahorros, previamente validada en la industria.

Validar las mediciones y alternativas de reemplazo de motores de la empresa proveedora de motores de alta eficiencia, WEG.

Calcular los ahorros de energa obtenidos a partir de las mediciones en los motoresreemplazados con los resultados de las mediciones realizadas en los motores demayor eficiencia propuestos e instalados por WEG.

Realizar la evaluacin econmica ex-ante y ex-post.

Divulgar y obtener conclusiones sobre los resultados y la metodologa de medicin.

20 Pearcy & Pearcy Consultoray Proyectos, Proyecto piloto reemplazo de motores elctricos en empresas de laminera de cobre en Chile: Mediciones auditora Ex Antey Ex Post, informe final,Rev. B (2009).


30 Estudio de caso

Adaptacin y aplicacin de la metodologa

Los procesos estn sometidos a cargas y condiciones operacionales no siempre constantes,por lo que la comparacin directa de consumos generalmente no es factible. Los consumosex-ante y ex-post pueden ser deducidos y comparados a partir del clculo de la eficienciaantes y despus de sustituir el motor (ex-ante y ex-post). Como se mencion en lassecciones anteriores, existen diferentes metodologas de medicin y clculo de la eficiencia.Si se emplean mtodos distintos, los resultados no son directamente comparables debidoa diversos factores, tales como supuestos para el clculo, exactitud de las mediciones ycaractersticas del mtodo de clculo. Debido a ello, diferentes proveedores de tecnologao consultores podran obtener resultados distintos, an cuando sus mediciones y clculosestn correctos.

A falta de una norma internacional, a partir de una adaptacin de la metodologa del DOEy de los factores de correccin sealados en el Apndice, se propuso la metodologa declculo de la eficiencia descrita en la Seccin 4, como una forma de contrastar los resultadosen base a metodologas y supuestos similares. Se sugirieron algunos ajustes a lametodologa, as como una forma de presentacin detallada de los resultados que permiteevidenciar el aumento de eficiencia, el ahorro anual y el payback de cada motor,correlacionando stos con los factores de mayor relevancia.

De este modo se armoniz las diferentes metodologas, se identific los factores queinciden en eventuales diferencias de resultados y se obtuvo conclusiones sobre lascondiciones ms favorables para la sustitucin de motores.

Como base de clculo se utilizaron los datos de las mediciones obtenidas por el consultorPearcy & Pearcy. Para las correcciones del clculo de la eficiencia se emple el conjuntode frmulas del Apndice. Los factores de correccin considerados fueron los siguientes:carga diferente de la nominal, voltaje diferente del nominal, desequilibrios de tensionesy de corrientes de fase, y nmero de rebobinados.

Para la determinacin de la eficiencia de los motores nuevos, se emplearon las curvascompletas de eficiencia proporcionadas por la empresa WEG.

Considerando su antigedad, se asumi que los motores antiguos son motores estndary se seleccion las correspondientes frmulas del Apndice.

En el caso de los motores proporcionados por la empresa WEG, el factor de carga y laeficiencia con carga se determinaron directamente a partir de las curvas de eficienciaversus carga proporcionadas por la empresa WEG. Este procedimiento es ms exactoque realizar la correccin mediante el factor de correccin de carga indicado en el Apndice.

Dicho factor de correccin se emple en el caso de los motores antiguos, para los queno se dispona de las curvas de eficiencia.


Estudio de caso 31

La evaluacin de los ahorros de energa y la evaluacin econmica se realiz individualmentepara cada uno de los motores, lo que permite destacar la incidencia del factor de carga.Para la evaluacin econmica se consideraron dos escenarios: con costo de instalaciny sin costo de instalacin, donde los costos de instalacin son los indicados por el auditorPearcy & Pearcy.

El factor de planta es igual a 0,96. En aquellos casos en que el motor opera con otromotor de respaldo, el factor de planta es igual a 0,5. El clculo del payback se sensibilizen relacin al precio monmico de la energa elctrica, previamente definido por elcoordinador del Proyecto Piloto: US$ 150 / MWh en el caso optimista, US$ 100 / MWhen el caso base y US$ 50 / MWh para el caso pesimista.

Instrumentacin

El auditor Pearcy & Pearcy emple un analizador de red Circutor AR.5. La precisin enla medicin de las principales variables es la siguiente:

Tensin: 0,5%.Corriente: 0,5%.Potencia: 1,0%.

Resultados en Anglo American, Divisin El Soldado

Se evalu la eficiencia en diez motores. Nueve de ellos pertenecen al rea de FlotacinPre-Rougher y uno a las celdas de Flotacin de Escoria.

Los motores de partida directa tienen caractersticas de placa similares, indicadas enla Tabla 2. Se realizaron dos mediciones. En la auditora ex-ante se midieron los diezmotores antiguos. Ocho de ellos fueron reemplazados por motores nuevos de alta eficiencia,cuyas variables se midieron ex-post. Dos motores no fueron reemplazados, con la finalidadde que pudiesen servir como referencia o lnea-base21. La eficiencia nominal de losmotores antiguos se calcul a partir del factor de potencia indicado en la placa. Debenotarse que los motores de alta eficiencia poseen conductores de mayor seccin, conmenor resistividad; por lo tanto son ms inductivos y su factor de potencia nominal esmenor.

21 La comparacin directa de consumos se incluye en el documento Pearcy & Pearcy Consultora y Proyectos, Proyecto piloto reemplazo demotores elctricos en empresas de la minera de cobre en Chile: Mediciones auditora Ex Ante y Ex Post, informe final, Rev. B (2009). En el presente documento, lacomparacin directa se ha excluido, porque se trata de una metodologa experimental.S se incluye -en las siguientessecciones- el clculo indirectode dicho consumo, basado enla metodologa del DOE. De este modo, se evitan las dificultades asociadas a comparar consumos con diferente factor de carga, circunstancia inevitable en procesos con carga variable.


32 Estudio de caso

Tabla 2. Datos de placa de los motores Percy & Percy22.

La medicin se realiz en el Centro de Control de Motores (CCM). Los datos se registraronen un notebook empleando un cable serial y el software Power Vision v.1.7 del analizadorde red Circutor AR.5. En la Figura 4 se muestra la instrumentacin empleada en lasmediciones


Figura 4. Instrumentacin empleada en lasmediciones22.

Potencia Nominal (HP)Voltaje Nominal (V)Corriente Nominal (A)Factor de Potencia NominalRendimiento Nominal (%)Frecuencia (Hz)Nmero de FasesVelocidad Nominal (RPM)DiseoClase de AislacinNmero dimensionalFactor de servicioAlza de Temperatura (C)

2538035,80,8692503

1470BA

324UContinuo

40

2538036,70,8293,4503

1470N.D.

F180M

Continuo40

Caractersticas MotorAntiguoMotorNuevo


Estudio de caso 33

Evaluacin econmica

Los parmetros generales de la evaluacin econmica se definieron a partir de uncuestionario realizado por Pearcy & Pearcy y respondido por personal de la Planta ElSoldado. Dichos parmetros se indican en la Tabla 3.

Tabla 3. Parmetros generales para la evaluacin econmica23.

La Universidad de Santiago realiz un clculo detallado para cada motor y conjunto demotores, de la eficiencia, de los ahorros y del payback simple, sensibilizado en relacinal precio de la energa.Se analizaron tres casos:

Caso base (US$ 100 / MWh).Caso optimista (US$ 150 / MWh).Caso pesimista (US$ 50 / MWh).

Los valores entre parntesis indican el precio monmico de la energa en cada caso. Elfactor de planta, 96%, se mantuvo constante en los tres casos.

Resultados de la evaluacin ex-ante

Las Tablas 4 y 5 muestran los resultados de los clculos ex-ante de la Universidad deSantiago en los escenarios sin y con costo de instalacin, respectivamente. Se indicanlas variaciones de eficiencia, reduccin de demanda o ahorro de potencia activa,ahorro de energa anual, ahorro anual en dlares y payback pesimista, base y optimista,para cada uno de los motores.

El ahorro anual indicado es el correspondiente al caso base, calculado con un costo deenerga de US$ 100/MWh.


Vida til del proyectoAos de servicio de los motoresexistentesIntervalo entre rebobinadosCosto de rebobinado de cada motorCosto de mano de obra por reemplazodel motorCosto del motor nuevo sin descuento% de descuento por cantidad% de descuento por entrega delmotor actualCosto del motor nuevo con descuentos

15 aos37 aos

8 aosUS$ 600US$ 200

US$ 1591No disponible

19

US$ 1289


34 Estudio de caso

Tabla 4. Evaluacin ex-ante de reemplazo en escenario sin costo de instalacin (N.D.: No definido).

PM_A142

PM_B241

PM_B242

PM_B243

PM_B251

PM_B252

PM_B253

PM_B261

PM_B262

PM_B263

Promedio

Total

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

0,527

0,167

0,167

0,209

0,137

0,135

0,138

0,126

0,162

0,148

0,19

4,0

-7,6

-7,6

-14,6

-11,6

-11,5

-11,5

-12,6

-8,9

-10,6

-9,25

-0,490

-0,422

-0,422

-1,048

-0,608

-0,595

-0,602

-0,639

-0,495

-0,572

-4,913

4124

-3552

-3548

-8812

-5114

-5003

-5061

-5373

-4167

-4809

-41315

4,38

-10,92

-10,88

-22,12

-18,59

-18,51

-18,33

-21,00

-13,14

-16,37

-14,66

412,40

-355,23

-354,79

-881,23

-511,45

-500,30

-506,07

-537,30

-416,67

-480,91

-4131,6

1489

1489

1489

1489

1489

1489

1489

1489

1489

1489

14890

7,22

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

3,61

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

2,41

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

Tabla 5. Evaluacin ex-ante de reemplazo en escenario con costo de instalacin (N.D.: No definido).

PAYBACKPESIMISTA

AOSUS$

50/MWh

PAYBACKBASEAOSUS$

100/MWh

PAYBACKOPTIMISTA

AOSUS$

150/MWh

ID.MOTOR

HORAS DEOPERACION

ANUALES

FACTORDE

CARGA

VARIACIONEFICIENCIA

%

AHORROKW

AHORROANUAL

KWh

AHORROKWh

%

US$AHORRO

BASEANUAL

US$COSTO

PAYBACKPESIMISTA

AOSUS$

50/MWh

PAYBACKBASEAOSUS$

100/MWh

PAYBACKOPTIMISTA

AOSUS$

150/MWh

PM_A142

PM_B241

PM_B242

PM_B243

PM_B251

PM_B252

PM_B253

PM_B261

PM_B262

PM_B263

Promedio

Total

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

0,527

0,167

0,167

0,209

0,137

0,135

0,138

0,126

0,162

0,148

0,19

4,0

-7,6

-7,6

-14,6

-11,6

-11,5

-11,5

-12,6

-8,9

-10,6

-9,25

-0,490

-0,422

-0,422

-1,048

-0,608

-0,595

-0,602

-0,639

-0,495

-0,572

-4,913

4124

-3552

-3548

-8812

-5114

-5003

-5061

-5373

-4167

-4809

-41315

4,38

-10,92

-10,88

-22,12

-18,59

-18,51

-18,33

-21,00

-13,14

-16,37

-14,66

412,40

-355,23

-354,79

-881,23

-511,45

-500,30

-506,07

-537,30

-416,67

-480,91

-4131,6

1289

1289

1289

1289

1289

1289

1289

1289

1289

1289

12890

6,25

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

3,13

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

2,08

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

ID.MOTOR

HORAS DEOPERACION

ANUALES

FACTORDE

CARGA

VARIACIONEFICIENCIA

%

AHORROKW

AHORROANUAL

KWh

AHORROKWh

%

US$AHORRO

BASEANUAL

US$COSTO


Estudio de caso 35

Resultados de la evaluacin ex-post

Las Tablas 6 y 7 muestran los resultados de la evaluacin ex-post de la Universidad deSantiago en los escenarios sin y con costo de instalacin, respectivamente. Se excluyenlos motores del agitador A142 qued fuera de servicio y no fue medido ex-post por elauditor y de los agitadores B242 y B243, que no fueron reemplazados

PAYBACKPESIMISTA

AOSUS$

50/MWh

PAYBACKBASEAOSUS$

100/MWh

PAYBACKOPTIMISTA

AOSUS$

150/MWh

PM_B241

PM_B251

PM_B252

PM_B253

PM_B261

PM_B262

PM_B263

Promedio

Total

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

0,204

0,186

0,167

0,203

0,157

0,158

0,199

0,18

-5,9

-7,2

-8,6

-5,9

-9,6

-9,4

-6,5

-7,59

-0,369

-0,428

-0,485

-0,366

-0,527

-0,521

-0,400

-3,096

-31,01

-3603

-4076

-3078

-4435

-4381

-3363

-26037

-1,99

-2,32

-2,62

-1,98

-2,85

-2,82

-2,16

-2,39

-310,07

-630,32

-407,57

-307,80

-443,47

-438,10

-336,32

-2603,7

1489

1489

1489

1489

1489

1489

1489

10423

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

Tabla 6. Evaluacin ex-post de reemplazo en escenario sin costo de instalacin (N.D.: No definido).

ID.MOTOR

HORAS DEOPERACION

ANUALES

FACTORDE

CARGA

VARIACIONEFICIENCIA

%

AHORROKW

AHORROANUAL

KWh

AHORROKWh

%

US$AHORRO

BASEANUAL

US$COSTO

PAYBACKPESIMISTA

AOSUS$

50/MWh

PAYBACKBASEAOSUS$

100/MWh

PAYBACKOPTIMISTA

AOSUS$

150/MWh

ID.MOTOR

HORAS DEOPERACION

ANUALES

FACTORDE

CARGA

VARIACIONEFICIENCIA

%

AHORROKW

AHORROANUAL

KWh

AHORROKWh

%

US$AHORRO

BASEANUAL

US$COSTO

PM_B241

PM_B251

PM_B252

PM_B253

PM_B261

PM_B262

PM_B263

Promedio

Total

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

0,204

0,186

0,167

0,203

0,157

0,158

0,199

0,18

-5,9

-7,2

-8,6

-5,9

-9,6

-9,4

-6,5

-7,59

-0,369

-0,428

-0,485

-0,366

-0,527

-0,521

-0,400

-3,096

-31,01

-3603

-4076

-3078

-4435

-4381

-3363

-26037

-1,99

-2,32

-2,62

-1,98

-2,85

-2,82

-2,16

-2,39

-310,07

-630,32

-407,57

-307,80

-443,47

-438,10

-336,32

-2603,7

1289

1289

1289

1289

1289

1289

1289

9023

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

N.D.

Tabla 6. Evaluacin ex-post de reemplazo en escenario sin costo de instalacin (N.D.: No definido).


36 Estudio de caso

Conclusiones para el caso de Anglo American, Planta El Soldado

En el caso de Anglo American, existan varias restricciones y condiciones operacionalesque hacan menos precisa la evaluacin, y que condicionaban el hecho de que,particularmente en este caso, se obtuviese una evaluacin econmica negativa.Como se mencion anteriormente, en el Proyecto Piloto no estaba previsto revisar eldiseo, sino sustituir motores estndar por motores eficientes de igual potencia nominal.El factor de carga, calculado despus de realizar las mediciones, result ser muy inferioral mnimo previsto (0,5) cuando el Prien propuso una seleccin inicial de motores seleccinque posteriormente fue alterada.

De acuerdo a la informacin sobre el proceso, proporcionada por la empresa AngloAmerican, el bajo factor de carga es consecuencia de una condicin de diseo que permiteque existan cambios en la densidad de la pulpa.

Aun as, el factor de carga es extremadamente bajo y podra estar ocurriendo alguna delas condiciones siguientes: a) el proceso tiene variaciones de carga demasiado importantes,que incidiran en una operacin no ptima de los propios procesos y una gestin inadecuadade la demanda de potencia elctrica, o b) el factor de seguridad aplicado es demasiadoalto. Una tercera alternativa es que, efectivamente, existan restricciones que impidanmejorar el factor de carga.

De all que la Universidad de Santiago sugiera que la empresa revise dicho diseo a partirde criterios tericos o prcticos, ya que cuando los factores de carga son muy bajos, serecomienda redimensionar los motores24 si las condiciones de diseo y las restriccionesoperacionales lo permiten, hay que agregar. Sin efectuar un estudio de las condicionesde carga a las que est sometido el motor, no es posible afirmar si existesobredimensionamiento, pero s se puede decir que los motores se encuentran sometidosa un rgimen de operacin en el que son muy ineficientes.

En el Proyecto Piloto no estaba previsto redimensionar motores ni revisar el diseo. Sinun estudio previo no es posible determinar si sera factible ajustar la potencia nominal delos motores. Es por ello que la recomendacin final es que, de ser factible, se realicedicho estudio.

Para ello existen dos opciones: un diseo terico a partir de criterios del procesohidrometalrgico que en trminos de costo y de menor tiempo requerido es lo msadecuado, o un seguimiento experimental de la carga durante un perodo prolongado,bajo diferentes condiciones de carga.

El bajo factor de carga encontrado incidi, adems, en una menor precisin en el clculode la eficiencia. Debido a la caracterstica no lineal de la curva de eficiencia de los motores,el mtodo de medicin es ms sensible a los errores si el factor de carga es bajo.



Estudio de caso 37

Otro aspecto que influy en una menor exactitud del clculo, fue el tipo de informacindisponible sobre los motores antiguos, fabricados en una poca en que no existanespecificaciones de eficiencia. Solo se dispona de la informacin de placa, que permitadeducir la eficiencia nominal a partir del factor de potencia nominal. A partir de dichaeficiencia nominal y el empleo de la frmula especificada en el Apndice, se extrapol lacurva de eficiencia para los motores antiguos.

Otra condicin inicial del proyecto, que desfavorece su rentabilidad en el caso de AngloAmerican, fue que los motores antiguos eran dimensionalmente compatibles con motoresdel estndar europeo. El criterio de sustitucin de la empresa WEG es reemplazar losmotores estndar por el modelo de alta eficiencia que sea dimensionalmente compatible.Este criterio condicion la eleccin de un motor de la clase ms alta del estndar europeo(EFF 1) en lugar del motor ms eficiente disponible para esa marca (motor clase NemaPremium, del estndar norteamericano). Debe notarse, no obstante, que el bajo factor decarga era lo ms determinante para la evaluacin econmica y que, aun en el caso deemplearse un motor ms eficiente, el payback hubiese sido poco atractivo.

El criterio de sustitucin de WEG, de reemplazar motores estndar por motores de unaclase dimensionalmente compatible, es vlido desde el punto de vista de la evaluacineconmica, ya que de ese modo se reducen al mnimo los costos de instalacin. Si, porel contrario, lo ms determinante en la toma de decisiones fuese aumentar la eficienciao reducir emisiones de carbono, debera seleccionarse el motor ms eficiente disponibleen este caso, un motor del tipo Nema Premium.

En la etapa final no es factible volver a las condiciones iniciales previas a la sustitucin,pero s es posible realizar una recomendacin metodolgica para proyectos futuros:efectuar una estimacin inicial aproximada de la carga y, si sta corresponde con unaeficiencia baja del motor de alta eficiencia, para el reemplazo estudiar el posibleredimensionamiento considerando las restricciones operacionales y de diseo. Si no esposible redimensionar los motores, se recomienda no reemplazarlos.

Resultados en Minera Escondida, Planta Los Colorados

El estudio se llev a cabo en la Planta Concentradora Los Colorados, de la empresaminera Escondida. En dicha planta se analizaron diez motores de la lnea de flotacin N10 del rea Scavenger. Los motores de partida directa, tienen caractersticas similares,que se indican en la Tabla 8. Cada uno de ellos acciona un agitador a travs de un sistemade poleas y correas.

Potencia Nominal (*)Voltaje Nominal (V)Corriente Nominal (A)Factor de Potencia NominalRendimiento Nominal (%)Frecuencia (Hz)Nmero de FasesVelocidad Nominal (RPM)DiseoClase de AislamientoNmero dimensionalAltura (pies)Factor de servicioAlza de Temperatura (C)

60 (HP)46072

0,85N.D.503

980N.D.N.D.405T100361,1540

45 (kW)46071

0,8593,6503

985N.D.

F250S/M104981,1540

Caractersticas MotorAntiguoMotorNuevo


38 Estudio de caso

Figura 5. Lnea de Flotacin N 10 del rea Scavenger25.

Tabla 8. Especificaciones de los motores de alta eficiencia instalados.Los valores nominales de potencia, voltaje, corriente, factor depotencia y rendimiento son los proporcionados en la hoja de datosentregada por el fabricante. Los restantes valores son los indicadosen la placa.


Debido a la existencia de condiciones anormales en el proceso, el auditor excluy losdatos correspondientes al motor del Agitador 3.La medicin se realiz en la sala de los CCM, como se ilustra en la Figura 6. Los datosse registraron en un notebook por medio del software Power Vision v. 1.7 del analizadorde red Circutor AR.5.


Estudio de caso 39

Figura 6. Instrumentacininstalada en la sala de losCCM26.

Evaluacin econmica

Los parmetros generales de la evaluacin econmica se definieron a partir de uncuestionario realizado por Pearcy & Pearcy y respondido por personal de la Planta LosColorados, de Minera Escondida. Dichos parmetros se indican en la Tabla 9.

Tabla 9. Parmetros generales para la evaluacin econmica

Tambin en este caso, la Universidad de Santiago realiz una evaluacin tcnico-econmicay el clculo del payback obtenido para cada motor y conjunto de motores, a partir de lasmediciones de Pearcy & Pearcy.

La evaluacin se sensibiliz en relacin al precio monmico de la energa, indicado entreparntesis, para tres casos:

Vida til del proyectoAos de servicio de los motoresexistentesIntervalo entre rebobinadosCosto de rebobinado del motorCosto de mano de obra por reemplazodel motorCosto del motor nuevo sin descuento% de descuento por cantidad% de descuento por entrega delmotor actualCosto del motor nuevo con descuentos

15 aos18 aos

8 aosUS$ 1530US$ 640

US$ 4313No disponible

19

US$ 3494


40 Estudio de caso

Tabla 10. Evaluacin ex-ante de reemplazo en escenario sin costo de instalacin.

Caso base (US$ 100 / MWh).Caso optimista (US$ 150 / MWh).Caso pesimista (US$ 50 / MWh).

El factor de planta, 96%, se mantuvo constante en los tres casos.

Resultados de la evaluacin ex-ante

Los motores de los agitadores nmeros 1 y 6 no fueron cambiados por motores eficientes.La finalidad del proyecto, al no reemplazarlos, fue que sirviesen para la lnea base decomparacin directa de consumos. Las variables del motor del agitador nmero 7 nofueron registradas por el auditor, debido a una falla que afect el motor, quedando stedetenido.

Las Tablas 10 y 11 muestran los resultados de los clculos ex-ante de la Universidad deSantiago en los escenarios sin y con costo de instalacin, respectivamente. Se indicanlas variaciones de eficiencia, reduccin de demanda o ahorro de potencia activa, ahorrode energa anual, ahorro anual en dlares y payback pesimista, base y optimista, paracada uno de los motores.

PAYBACKPESIMISTA

AOSUS$

50/MWh

PAYBACKBASEAOSUS$

100/MWh

PAYBACKOPTIMISTA

AOSUS$

150/MWh

Agitador 1

Agitador 2

Agitador 3

Agitador 4

Agitador 5

Agitador 6

Agitador 8

Agitador 9

Agitador 10

Promedio

Total

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

0,703

0,608

0,545

0,584

0,765

0,700

0,723

0,556

0,613

0,64

4,6

4,4

4,4

4,4

4,5

4,6

4,6

4,4

4,5

4,49

1,725

1,451

1,303

1,398

1,851

1,723

1,767

1,311

1,484

14,013

14510

12204

10958

11758

15566

14489

14856

11023

12479

117843

4,90

4,75

4,74

4,76

4,83

4,91

4,88

4,68

4,82

4,81

1450,97

1220,42

1095,82

1175,80

1556,56

1448,90

1485,59

1102,34

1247,87

11784,27

4142

4142

4142

4142

4142

4142

4142

4142

4142

37278

5,71

6,79

7,56

7,05

5,32

5,72

5,58

7,51

6,64

5,34

2,85

3,39

3,78

3,52

2,66

2,86

2,79

3,76

3,32

2,67

1,90

2,26

2,52

2,35

1,77

1,91

1,86

2,50

2,21

1,78

ID.MOTOR

HORAS DEOPERACION

ANUALES

FACTORDE

CARGA

VARIACIONEFICIENCIA

%

AHORROKW

AHORROANUAL

KWh

AHORROKWh

%

US$AHORRO

BASEANUAL

US$COSTO


Estudio de caso 41

Tabla 11. Evaluacin ex-ante de reemplazo en escenario con costo de instalacin.

Resultados de la evaluacin ex-post

Las Tablas 12 y 13 muestran los resultados de la evaluacin ex-post de la Universidadde Santiago en los escenarios sin y con costo de instalacin, respectivamente. Seexcluyeron los motores de los agitadores nmeros 1 y 6, que no fueron reemplazados,y el motor del agitador nmero 7, que no fue registrado debido a una falla que afect almotor, como se seal anteriormente.

PAYBACKPESIMISTA

AOSUS$

50/MWh

PAYBACKBASEAOSUS$

100/MWh

PAYBACKOPTIMISTA

AOSUS$

150/MWh

Agitador 1

Agitador 2

Agitador 3

Agitador 4

Agitador 5

Agitador 6

Agitador 8

Agitador 9

Agitador 10

Promedio

Total

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

0,703

0,608

0,545

0,584

0,765

0,700

0,723

0,556

0,613

0,64

4,6

4,4

4,4

4,4

4,5

4,6

4,6

4,4

4,5

4,49

1,725

1,451

1,303

1,398

1,851

1,723

1,767

1,311

1,484

14,013

14510

12204

10958

11758

15566

14489

14856

11023

12479

117843

4,90

4,75

4,74

4,76

4,83

4,91

4,88

4,68

4,82

4,81

1450,97

1220,42

1095,82

1175,80

1556,56

1448,90

1485,59

1102,34

1247,87

11784,27

3494

3494

3494

3494

3494

3494

3494

3494

3494

31446

4,82

5,73

6,38

5,94

4,49

4,82

4,70

6,34

5,60

5,34

2,41

2,86

3,19

2,97

2,24

2,41

2,35

3,17

2,80

2,67

1,61

1,91

2,13

1,98

1,50

1,61

1,57

2,11

1,87

1,78

ID.MOTOR

HORAS DEOPERACION

ANUALES

FACTORDE

CARGA

VARIACIONEFICIENCIA

%

AHORROKW

AHORROANUAL

KWh

AHORROKWh

%

US$AHORRO

BASEANUAL

US$COSTO


42 Estudio de caso

Tabla 12. Evaluacin ex-post de reemplazo en escenario sin costo de instalacin.

Tabla 13. Evaluacin ex-post de reemplazo en escenario con costo de instalacin.

PAYBACKPESIMISTA

AOSUS$

50/MWh

PAYBACKBASEAOSUS$

100/MWh

PAYBACKOPTIMISTA

AOSUS$

150/MWh

Agitador 2

Agitador 3

Agitador 4

Agitador 5

Agitador 8

Agitador 9

Agitador 10

Promedio

Total

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

0,882

0,937

0,763

0,659

0,638

0,778

0,641

0,76

4,6

4,5

4,6

4,6

4,7

4,5

4,6

4,59

2,154

2,264

1,858

1,619

1,595

1,886

1,596

12,792

18115

19041

15622

13614

13416

15861

13422

109091

5,12

5,06

5,11

5,15

5,25

5,08

5,22

5,14

1811,46

1904,10

1562,24

1361,38

1341,62

1586,10

1342,20

10909,1

4142

4142

4142

4142

4142

4142

4142

28994

4,57

4,35

5,30

6,08

6,17

5,22

6,17

5,32

2,29

2,18

2,65

3,04

3,09

2,61

3,09

2,66

1,52

1,45

1,77

2,03

2,06

1,74

2,06

1,77

ID.MOTOR

HORAS DEOPERACION

ANUALES

FACTORDE

CARGA

VARIACIONEFICIENCIA

%

AHORROKW

AHORROANUAL

KWh

AHORROKWh

%

US$AHORRO

BASEANUAL

US$COSTO

PAYBACKPESIMISTA

AOSUS$

50/MWh

PAYBACKBASEAOSUS$

100/MWh

PAYBACKOPTIMISTA

AOSUS$

150/MWh

Agitador 2

Agitador 3

Agitador 4

Agitador 5

Agitador 8

Agitador 9

Agitador 10

Promedio

Total

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

8410

0,882

0,937

0,763

0,659

0,638

0,778

0,641

0,76

4,6

4,5

4,6

4,6

4,7

4,5

4,6

4,59

2,154

2,264

1,858

1,619

1,595

1,886

1,596

12,792

18115

19041

15622

13614

13416

15861

13422

109091

5,12

5,06

5,11

5,15

5,25

5,08

5,22

5,14

1811,46

1904,10

1562,24

1361,38

1341,62

1586,10

1342,20

10909,1

3494

3494

3494

3494

3494

3494

3494

24458

3,86

3,67

4,47

5,13

5,21

4,41

5,21

4,48

1,93

1,83

2,24

2,57

2,60

2,20

2,60

2,24

1,29

1,22

1,49

1,71

1,74

1,47

1,74

1,49

ID.MOTOR

HORAS DEOPERACION

ANUALES

FACTORDE

CARGA

VARIACIONEFICIENCIA

%

AHORROKW

AHORROANUAL

KWh

AHORROKWh

%

US$AHORRO

BASEANUAL

US$COSTO


Estudio de caso 43

Conclusiones para el caso de Minera Escondida, Planta Los Colorados

En el caso de BHP Billiton, se encontraron condiciones ptimas para el reemplazo. Elfactor de carga permite que los motores se comporten en la forma ms eficiente posible.Asimismo, pudo instalarse el motor de la categora ms alta de eficiencia, esto es, unmotor clase Nema Premium. Debido a que el factor de carga es alto, la evaluacin delfactor de carga es muy exacta. Lo mismo puede decirse del rendimiento. La evaluacintcnica y econmica es muy positiva.

Resultados en EnamiI, Fundicin Hernn Videla Lira

Figura 7. Vista parcial de Enami, Fundicin Hernn Videla Lira27.

Se sustituyeron siete motores, empleados en sistemas de bombeo de agua. Cuatro deellos tienen una potencia nominal de 100 HP (Torre Alpina y Torre Hamond) y los tresrestantes son de 60 HP (Piques La Florida). En las torres de enfriamiento Alpina y Hamond,se mantiene una bomba operando y otra en stand-by. La bomba operativa se alterna conla bomba stand-by. Por ello, en los motores correspondientes a dichas bombas se asumiun factor de planta de 50%.

Todos los motores reemplazados en Fundicin Hernn Videla Lira tienen las cargasacopladas directamente al eje sin caja reductora, ni poleas con correas y son de partidadirecta sin variador de frecuencia, ni partidor suave. Los datos de placa de los motoresantiguos y nuevos se indican en las Tablas 14 y 1527.



44 Estudio de caso


Tabla 14. Datos de placa de los motores antiguos28.

NormaPotencia Nominal (HP)Voltaje Nominal (V)Corriente Nominal (A)Factor de Potencia NominalRendimiento Nominal (%)Frecuencia (Hz)Nmero de FasesVelocidad Nominal (RPM)Clasificacin segn proteccinClase de aislacinNmero dimensionalCiclo de trabajo

NEMA100 (HP)

380142N.D.93503

1485TEFC.N.D.444T

Continuo

NEMA100 (HP)

380142,9N.D.93503

1485TEFC.N.D.

444TSContinuo

Area TorreAlpinaTorre

Hamond

Motor Ba A1,Ba A2Ba H1,Ba H2 Btr 1

Piques La Florida

Btr 2, Btr 3

IEC45 (KW)

380820,9

N.D.503

2955TEFC.N.D.225M

Continuo

IEC45 (KW)

400770,9

N.D.503

2955TEEF.N.D.255M

Continuo

Tabla 15. Datos de placa de los motores de alta eficiencia28.

NormaPotencia Nominal

Voltaje Nominal (V)Corriente Nominal (A)Factor de Potencia NominalRendimiento Nominal (%)Frecuencia (Hz)Nmero de FasesVelocidad Nominal (RPM)Clasificacin segn ProteccinClase de AislacinNmero DimensionalCiclo de TrabajoFactor de Servicio

NEMA100 (HP)75 (KW)

3801370,8894,5503

1485TEFC.

F444/5T

Continuo1,15

NEMA100 (HP)75(KW)

3801370,8894,5503

1485TEFC.

F444/5T

Continuo1,15

Area TorreAlpinaTorre

Hamond

Motor Ba A1,Ba A2Ba H1,Ba H2 Btr 1, 2, 3

IEC60 (HP)45(KW)

38080,20,90N.D.503

2970N.D.

F225S/M

S11,15

PiquesLa Florida


Estudio de caso 45

En las fotografas de las Figuras 8, 9 y 10 se muestran los motores antiguos con sussistemas de acoplamiento 29. 29 Pearcy & Pearcy Consultora

y Proyectos, Proyecto piloto reemplazo de motores elctricos en empresas de laminera de cobre en Chile: Mediciones auditora Ex Antey Ex Post, informe final,Rev. B (2009).

Figura 8. (a) Motor Ba H2, conectado a la bomba de agua sur de Torre Hamond. (b) Motor Ba H1, conectadoa la bomba de agua norte de Torre Hamond.

(a) (b)

Figura 9. (a) Motor Ba A2, conectado a la bomba de agua sur de Torre Alpina. (b) Motor Ba A1, conectado a labomba de agua norte de Torre Alpina.

(a) (b)

Figura 10. Motor de bomba de Piques La Florida, consistema de acoplamiento.


46 Estudio de caso

En las figuras 11, 12 y 13 se muestran los motores nuevos con su sistema de acoplamiento30.30 Pearcy & Pearcy Consultoray Proyectos, Proyecto piloto reemplazo de motores elctricos en empresas de laminera de cobre en Chile: Mediciones auditora Ex Antey Ex Post, informe final,Rev. B (2009).

Figura 11. Motores eficientes de bombas de agua sur (atrs) ynorte (adelante) de Torre Hamond.

Figura 12. Motores eficientes de bombas de agua sur (atrs) ynorte (adelante) de Torre Alpina.

Figura 13. Motor eficiente de bomba de Piques La Florida, consistema de acoplamiento.


Estudio de caso 47

La medicin se realiz en la sala de los centros de control de motores (CCM) de cadarea, como se muestra en las Figuras 14 y 1531. 31 Pearcy & Pearcy Consultora

y Proyectos, Proyecto piloto reemplazo de motores elctricos en empresas de laminera de cobre en Chile: Mediciones auditora Ex Antey Ex Post, informe final,Rev. B (2009).

Figura 14, (a) y (b). Sala de los CCM de motores de las Torres Hamond y Alpina.

(a) (b)

Figura 15. Sala de los CCM de motores dePiques La Florida.

Vida til del proyectoAos de servicio de los motores

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