MOTORES EFICIENTES PARA EL SECTOR MINERO INCREMENTAN LA PRODUCTIVIDAD, REDUCIENDO EL COSTO DE LA ENERGÍA Y SON AMIGABLES CON EL MEDIO AMBIENTE

Lima, noviembre de 2011

Expositor: Ing. Orlando E. Ardito Chávez

Motores en la Industria CLASIFICACIÓN DE MAQUINAS ELÉCTRICAS MAQUINAS TRANSFORMADOR ESTÁTICAS

MAQUINAS CON EXCITACION INDEPENDIENTE MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA

EN DERIVACION (SHUNT) MAQUINAS AUTOEXCITADAS

MAQUINAS ROTATIVAS

EN SERIE COMPUESTA CON ROTOR DEVANADO

MAQUINAS ASINCRONICAS CON ROTOR JAULA DE ARDILLA

MAQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA

CON ROTOR CILINDRICO MAQUINAS SINCRONICAS CON ROTOR DE POLOS SALIENTES

Motores en la Industria REALIDAD HOY Gran parte de la energía que se consume en la industria proviene de un sistema accionado por un motor.

La energía que consumen durante su operación puede costar hasta 100 veces más de lo que se pagó por su compra.

Una elección adecuada en el momento de la compra producirá beneficios de eficiencia energética duraderos y en consecuencia, ahorro de energía

Motores en la Industria EN CIFRAS  Los motores eléctricos industriales y el sector terciario, son responsables de aproximadamente un 40% de la energía consumida en el mundo:

• 60 a 70% en el sector industrial • 30 a 40% en el sector servicios  El 90% la utilizan los motores de inducción de corriente alterna (CA) entre 0,75 y 200 kW (entre 1 y 260 HP)  Para impulsar estos motores se producen 37 millones de toneladas anuales de CO2  La mejora del rendimiento de todo el sistema de accionamiento incorporado en la aplicación es un factor fundamental en el intento de ahorrar energía. Todo el potencial de ahorro energético de un sistema optimizado oscila por lo general entre el 30 y el 60% aproximadamente.

Motores en la Industria OPORTUNIDADES

Los motores eficientes pueden tener un costo inicial ligeramente mayor que los motores estándar, pero retornar la inversión:

• • • •

Con el costo de la energía ahorrado, Con menor necesidad de mantenimiento, Ofreciendo con una solución confiable y Protegiendo al medio ambiente.

Motores en la Industria Consumo de Energía Eléctrica - en el Perú

AÑO 2008 SECTORES Residencial, Comercial & Público Industrial Minero Metalúrgico Agropecuario y Agroindustrial Pesquería TOTAL

Consumo de electricidad GWh % 12769 43% 8518 29% 7726 26% 472 2% 235 1% 29720 100%

Fuente: MINEM-DGE, Balance Nacional de Energía 2008



El 55% se consume en el Sector Minero y Manufacturero.

Motores en la Industria Estimación del consumo de Energía en la Minería



El 23% de la energía la consumen los motores eléctricos

Motores en la Industria Estimación del consumo de Energía Eléctrica en la Minería



El 73% de la energía la consumen los motores eléctricos

Motores en la Industria Estimación del consumo eléctrico de motores en la Industria

Motores Eficientes ¿Qué es un Motor Eficiente? IEC 60034-2-1:2007 (NTP IEC 60034-2-1:2010) // IEC 60034-30:2007

 Proporcionan la misma cantidad de potencia consumiendo menos energía. Motor de Eficiencia Estándar (IE1): Motor en operación y que buena parte de su vida útil ya ha transcurrido. Presentan una muy baja eficiencia. Motor de Alta Eficiencia (IE2): Motor con eficiencia superior al de eficiencia estándar, logra disminuir las pérdidas en alrededor 20%.

Motor de Eficiencia Premium (IE3): Motor con eficiencia superior al de alta eficiencia, logra disminuir las pérdidas en alrededor 40%.

Motores Eficientes ¿Qué es eficiencia (h)?  Es la medida de la capacidad de un motor para convertir la potencia eléctrica que toma de la línea de alimentación en potencia mecánica útil. En el proceso de conversión siempre existirán pérdidas. Diagrama de Sankey para un motor

MAQUINA MAQUINA PAG

Potencia Entrada

PCONV

Potencia Salida

POTECIA DEL ENTREHIERRO

PRCL

Pf

Pmisc

(por fricción (diversas) (En el cobre y ventilación) (En el cobre (Del núcleo) del rotor) del estator)

PSCL

Pnucleo

Pérdidas h=

Potencia Salida Potencia Entrada

h=1-

Pérdidas Potencia Entrada

 Un motor tiene una mayor eficiencia en la medida que logra reducir una mayor cantidad de pérdidas

Motores Eficientes Factores que influyen en la eficiencia        

Calidad y espesor en las laminaciones de acero del estator . Cantidad y calibre de cobre en el devanado. Luz entre el rotor y el estator. Ventilación Acercamiento en las tolerancias Balance de tensión Carga acoplada al motor Mantenimiento

¿Cómo mejorar la eficiencia de un motor?     

Utilización de más cobre Utilización de mayores longitudes de núcleo Rediseño de la ventilación / refrigeración Utilización de mejores calidades de lámina magnética Mejoramiento de técnicas de maquinado

Motores Eficientes Factores que hacen el motor eficiente (24%) DEL ROTOR - Aceros de bajas pérdidas - Laminaciones más delgadas

(10%) POR FRICCIÓN De los rodamientos, del ventilador - Ventilador menor - Sellos de los rodamientos

(18%) ADICIONALES DE CARGA

(34%) DEL COBRE DEL ESTATOR - Optimización en colocar cobre en las ranuras - Conductores más grandes (calibre)

(14%) DEL FLUJO MAGNETICO De los rodamientos, del ventilador - Ventilador menor - Sellos de los rodamientos

Motores Eficientes Incremento en la eficiencia El incremento de la eficiencia, entre un motor estándar y uno eficiente, depende del tamaño.  En motores pequeños se puede incrementar hasta en 5% la eficiencia.  En motores grandes el incremento es menor, pero el beneficio es significativo por su gran potencia. RANGO (HP)

INCREMENTO EN EFICIENCIA (%)

de 0,25 a 2

5%

de 3 a 10

4%

de 15 a 40

3%

de 50 a 150

2%

mayor a 175

1%

Fuente: UMR-IAC (USA), 2001

El rol del COBRE Ventajas y propiedades del COBRE La mayor utilización de cobre en los motores (rotor, mayores secciones de conductor en el bobinado y número de espiras), reduce las pérdidas por resistencia y también reduce la temperatura de operación. Esto se debe a las inmejorables características del cobre, como: - Alta conductividad eléctrica. - Menor índice de resistencia. - Mayor capacidad de conducción. - Mayor capacidad térmica. - Baja expansión cuando se calienta.

El rol del COBRE TENDENCIAS: Motor IE3 con rotor de COBRE Gracias a la utilización de cobre como material conductor de la jaula de ardilla, las pérdidas del rotor se reducen considerablemente: • La eficiencia de los motores con rotores de cobre promedia un 90,7% • Este tipo de motor reduce las pérdidas totales entre un 15% a más de un 20% y, además, • Disminuye la temperatura operativa del motor, hecho que afecta positivamente la duración del aparato.

El rol del COBRE TENDENCIAS: Motor IE3 con rotor de COBRE

http://www.nitro.pe/noticias/el-urbano/

http://www.procobre.org

ANTAMINA Uso de Motores Eficientes en el Programa de Expansión

ANTAMINA CIA MINERA ANTAMINA, es un complejo minero polimetálico ubicado en San Marcos-Ancash, considerado uno de los mayores productores de cobre (Cu), zinc (Zn) y molibdeno (Mb), y una de las diez minas más grandes del mundo. Tiene cuatro zonas de operaciones: • La mina, • El campamento Yanacancha, en donde se encuentra la planta concentradora y el campamento para sus trabajadores, • Puerto Punta Lobitos - Huarmey, donde se reciben los concentrados de la mina y son embarcados para su exportación; y, • La presa de relaves. La empresa ha implementado un Sistema de Gestión Ambiental basado en la Norma ISO 14001: 2004 y está comprometida con salvaguardar el ambiente.

ANTAMINA Uso de Motores Eficientes en el Programa de Expansión

ANTAMINA Uso de Motores Eficientes en el Programa de Expansión El 5 de enero del 2010, se dio inicio a un proyecto de expansión con una inversión de 1,288 millones de dólares para extender la vida útil de la mina hasta el año 2029. Los cambios que implicaba este proyecto de expansión considera lo siguiente: • Incrementar la capacidad de procesamiento de la concentradora. • Aumento la capacidad de las actuales instalaciones de filtrado en Punta Lobitos. • Reforzamiento del Sistema de Potencia, con una nueva línea de transmisión (55km) de 220kV. • Incremento en la atención de vehículos de 300 TM en el Taller de Camiones. De manera consecuente con la política de uso sustentable de la energía, se pretendía iniciar con un plan piloto sólo para las celdas de flotación, sin embargo, gracias a la información técnica basada en casos éxitos similares a nivel latinoamericano proporcionada por Procobre, se determinó la utilización de motores de eficiencia Premium para los principales motores del proyecto.

ANTAMINA Uso de Motores Eficientes en el Programa de Expansión  

Existen diversos tipos de motores que operarán en la mina. Se determinó que debido a su gran número, los motores de pequeña potencia contribuyen significativamente al consumo total.

DATOS Motores ( #)

Potencia HP

30 0 0 19 0 29 0 48 0 14 13 10 15 39 217

1 2 3 5 7.5 10 15 20 25 30 50 75 100 150

ANTAMINA Evaluación del Proyecto INFORMACIÓN

SUPUESTOS

EVALUACIÓN

Motores ( #) 217

Potencia (HP) de 1 a 150

1 HP/kW 0,7457

Horas de Precio Tipo de Cambio Factor de Carga Operación Monómico Medio Soles/Dólar (Anual) (US$/MWh) 0,85 7 000 0,15 2,7

Eficiencia de los Motores %

Máxima Demanda (MW)

Energía Activa (TWh/año)

Inversión Total Estimada (M US$)

Costo Unitario de la energía (US$/MWh) 55.55555556

Costo de Electricidad (M US$)

Motores Standard de 77,5 a 93,0

7,31

51,16

740,15

2 842,29

49,98

907,42

2 776,67

Ahorro de Energía (TWh/Año) 1.18

Diferencia en Inversión (M US$) 167.27

Ahorro en costo de la energía (M US$) 65.62

Motores Eficientes de 84,0 a 94,5 COMPARACIÓN

RESULTADOS

7,14

ROI simple (Años) 2.54

ANTAMINA Análisis de sensibilidad El retorno de inversión calculado podría sufrir ciertos cambios ante una variación de:

RETORNO DE INVERSION 5000 horas / año 3.6

6000 horas / año 3.0

7000 horas / año 2.5

8000 horas / año 2.2

HORAS DE USO: Aceleración de 3.6 a 2.2 años ante una variación de 5000 a 8000 horas anuales.

RETORNO DE INVERSION 50 55.55555 60 70 80 US$/MWh US$/MWh US$/MWh US$/MWh US$/MWh 2.8 2.5 2.4 2.0 1.8

PRECIO MONOMICO: Aceleración de 2.8 a 1.8 años ante una variación de 50 a 80 US$/MWh.

RETORNO DE INVERSION

FACTOR DE CARGA Aceleración de 3.1 a 2.2 años ante una variación de 5000 a 8000 horas anuales.

0.7 3.1

0.8 2.7

0.85 2.5

0.9 2.4

PC 2.2

CONCLUSION: A medida que las horas de operación anual y/o el precio monómico de la electricidad se incrementan, el retorno de inversión se acelera

CONCLUSIONES  Los criterios para la selección técnica de motores son una continua actualización y evaluación de la información existente, que una vez definidas forman parte de su política de eficiencia energética.  La decisión de adquirir un motor eficiente en lugar de un motor de eficiencia estándar es más favorable a medida que se incrementan las horas de operación del motor y/o se incrementa el precio monómico de la energía eléctrica.  La adquisición de nuevos motores eficientes en lugar de motores de eficiencia estándar, a medida que se va renovando el parque industrial, debería ser parte de una política energética empresarial en el contexto del mejoramiento continuo y la reducción de impacto ambiental.

CONCLUSIONES  El ahorro de energía eléctrica no sólo depende de la mejora en eficiencia de los motores utilizados, sino de la mejora en la eficiencia de todo el sistema.  Adicionalmente a las características de eficiencia intrínsecas a los motores, existen otros factores que afectan su rendimiento: las instalaciones eléctricas en malas condiciones pueden generar diferencia y desbalance de tensión, lo cual redundaría en pérdidas en la eficiencia.  Para evitar que disminuya la eficiencia, las instalaciones mecánicas también deben estar en óptimas condiciones.  En el accionamiento de motores eléctricos, se encuentran importantes oportunidades de aumentar la eficiencia energética debido al avance en el diseño y construcción de motores eficientes.

RECOMENDACIONES  Adopte una selección apropiada: el uso eficiente de la energía eléctrica en motores comienza en el momento de la selección. Siempre existe un motor adecuado a las necesidades requeridas, tanto en lo que respecta a su tipo, por condiciones ambientales de operación, por condiciones de arranque o regulación de velocidad, así como por su tamaño o potencia.  Evite tanto el “sobre” como el “sub” dimensionamiento con respecto a cobertura de las necesidades.  Analice en detalle el costo-beneficio real asociado con la adquisición de motores eficientes, relacionándolo con otros factores, tales como características de operación, mantenimiento, factor de carga, y mediciones de campo

MOTORES EFICIENTES PARA EL SECTOR MINERO INCREMENTANLA PRODUCTIVIDAD, REDUCIENDO EL COSTO DE LA ENERGÍA Y SON AMIGABLES CON EL MEDIO AMBIENTE

Lima, noviembre de 2011

Expositor: Ing. Orlando E. Ardito Chávez [email protected] // 996 186 256