1. INFORME TÉCNICO
INFORME Nº: 121.026/001
ANALISIS DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA EN
EL GENERADOR SÍNCRONO DEL GRUPO Fecha:
Rev.: 0
ELECTROGENO DEL BARCO BUFEEL 16/02/2012
INDICE:
1
OBJETO................................................................................................................................. 2
2
EQUIPO DE MEDIDA. ............................................................................................................ 2
ESQUEMA UNIFILAR. ........................................................................................................... 2
4
CARACTERISTICAS DEL GENERADOR Y MOTORES ELECTRICOS. ............................... 3
5
RECOPILACION DE DATOS MEDIDOS EN CAMPO. .......................................................... 4
6
CONCLUSIONES Y SOLUCIÓN DE MEJORA. ..................................................................... 5
7
BIBLIOGRAFÍA...................................................................................................................... 6
A
ANEXO: CALCULOS JUSTIFICATIVOS. .............................................................................. 7
B
ANEXO: VALORACIÓN ECONÓMICA DE LA INSATALACIÓN DE UNA B.C. .................... _
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2. INFORME TÉCNICO
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1. OBJETO.
Analizar el consumo de energía eléctrica que suministra el generador síncrono, proponer
soluciones para un mejor aprovechamiento de esta y justificarlo.
2. EQUIPO DE MEDIDA.
Analizador de redes CIRCUTOR SERIES AR5-L
Ident: DU-0/06
Certif: 11/204063
Fecha: 02/11/2011
3. ESQUEMA UNIFILAR DE LA INSTALACIÓN.
G
Objeto informe 440 v. 60Hz
I> I> I> I> I>
I>> I>> I>> I>> I>>
Id> Id> Id> Id> Id>
Arrancador Arrancador Variador de
estático 1 estático 2 frecuencia
M1 M2 M3 M4 M5
Datos Motores
P = 322 kW P = 322 kW Hidráulico Carrete Proa Draga
Cos (fi) = 0,88 Cos (fi) = 0,88 kW Eficiencia en este, corregida por Despreciados para este cálculo,Despreciados para este cálculo,
I = 500 A I = 500 A el variador de frecuencia por no influir de manera por no influir de manera
60 Hz 60 Hz considerable en estos. considerable en estos.
1785 1785
Figura 1
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4. CARACTERISTICAS DEL GENERADOR Y MOTORES ELECTRICOS.
Características del generador síncrono:
HIMOINSA
SK400 SS-4
Nº Serie F091985
S= 900 kVA
U= 440 v
I= 1299 A
Rpm= 1500
= 60 Hz
Excit. 45V; 2,5 A.
YEAR 2009
1695 Kg.
Nota: datos recogidos de la placa de características del generador (corresponden a
condiciones de trabajo nominales).
Características de los motores de inducción:
Motores:
Motor ABB M3BP315LKB4B35
U= 440 v (Δ)
I= 500 A
P= 322kW
Cos (φ)= 0,88
Rpm= 1785
= 60 Hz
Nota: datos recogidos de la placa de características del motor (corresponden a condiciones
de trabajo nominales).
N
o se han considerado los demás motores de la instalación por no afectar de manera
considerable a la eficiencia energética en esta.
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5. RECOPILACION DE DATOS MEDIDOS EN CAMPO.
Esta medida se realizó estando la instalación funcionando sin carga (que es la necesaria
para nuestro objetivo), es decir, sin que sus motores sean sometidos a sus esfuerzos
nominales de trabajo y utilizando el analizador de redes:
Magnitudes medidas Carga = 1 Motor Carga = 2 Motores
P 9 kW 24 kW
Ql 102 kVAR 205 kVAR
Qc 0 kVAR 0 kVAR
S 75 kVA 200 kVA
Cos (φ) 0,12 0,12
I 135 A 273 A
U 440 v 440 v
60 Hz 60 Hz
Tabla 1: valores obtenidos con el analizador de redes.
- P = Potencia activa o útil. Potencia que usa el motor para transformar energía
eléctrica en energía mecánica. Potencia que produce trabajo.
- Ql = Potencia reactiva inductiva. Potencia que usa el motor para transformar energía
eléctrica en campo magnético, es decir, potencia que no produce trabajo. Se da en
instalaciones donde hay motores de inducción.
- Qc = Potencia reactiva capacitiva. Potencia procedente de los condensadores.
Potencia que no produce trabajo pero que se utiliza para compensar una deficiencia
energética cuando hay motores de inducción.
- S = Potencia aparente o real. Potencia de suma vectorial entre P y Q.
- Cos (φ) = Coeficiente de aprovechamiento de energía eléctrica útil (relación entre P y
S).
- U = tensión compuesta. Medida entre fases (L1 con L2, L2 con L3 y L1 con L3).
C
on las medidas recogidas en la tabla 1, se detectó una escasez en la eficiencia
energética de la instalación eléctrica y por tanto habría que intentar corregirla.
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6. CONCLUSIONES Y SOLUCIÓN DE MEJORA.
De los datos anteriores y de los calculados en el anexo de cálculos eléctricos.
Obtenemos las siguientes conclusiones:
o Si observamos el valor subrayado en rojo de la tabla 1, cuando el motor está en
vacío y aun no ha empezado a trabajar en las condiciones nominales de
funcionamiento, vemos que la potencia real (S) que el generador tiene que
suministrar a este es de nada menos que de 75 kVA.
o Si instalamos una batería de condensadores (ver figura 3 del anexo), como por
ejemplo(1) de 81 kVAR y observamos los valores en la tabla 2 y 3 del anexo
En vacío pasamos de tener una potencia de 75 kVA a 22,847 kVA.
En vacío pasamos de tener una potencia de 366 kVA a 335,104 kVA.
Por lo tanto, con la instalación de una batería de condensadores (figura 3 del
anexo) de una potencia de 81 Kvar (recomendada por el fabricante de los
motores ABB), pasamos de tener una eficiencia energética en la instalación
eléctrica y por tanto en el generador:
En vacío de un 12% a un 42,85%.
En carga de un 88% a un 96,08%.
Figura 2
(1) En el anexo se demuestra de donde se sacan los valores.
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Ventajas de la instalación de una batería de condensadores fija en cada motor:
o Reducción considerable del consumo del combustible (gas-oil) por kilo
watio hora producido.
o Reducción considerable del coste económico de la producción eléctrica
al disminuir la potencia real.
o Como ventaja más importante es que alargamos la vida útil del
generador.
7. BIBLIOGRAFÍA.
Instalaciones eléctricas. Editorial Mc Graw Hill. 2007. Autor A.J. Conejo, etc...
Manual teórico-práctico Schneider. Capitulo E: Compensación de la energía
reactiva.
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ANEXO: CALCULOS JUSTIFICATIVOS.
Cuanta más potencia inductiva (Ql) o “potencia que no produce trabajo” consuma el
motor, mas potencia real (S) va a tener que suministrar el generador y por tanto
menor eficiencia energética voy a tener en este. En términos de porcentajes
tendríamos los siguientes datos:
ξ= = = 12 % (Actual en vacío)
ξ= = = 88 % (Actual en carga)
Nota: Para una mejor comprensión ξ es denominado por nosotros como eficiencia
energética y sólo para este caso demostrativo de este informe.
Como solución, para mejorar esta eficiencia, hemos propuesto la instalación de unas
baterías de condensadores fijas con contactores de corte, conectadas directamente
en cada uno de los motores de inducción como muestra la siguiente figura:
G
Objeto informe 440 v. 60Hz
Según manual teórico-práctico schnneider, pág E32:
“Una compensación individual es aconsejable cuando
existen cargas muy importantes en relación a la carga
total. Es el tipo de compensación que aporta más
ventajas”.
I> I>
I>> I>>
Id> Id>
Arrancador Arrancador
estático 1 estático 2
Módulo para Módulo para
mejora M1 M2 mejora
eficiencia eficiencia
Figura 3
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A modo de ejemplo con la instalación de unas baterías de condensadores de
potencia igual a 81 kVAR (recomendada por fabricante del motor ABB) a cada motor,
obtendríamos la siguiente eficiencia:
ξ' = = = 42,85 % (futuro en vacío)
ξ' = = = 96,08 % (futuro en carga)
Notas:
Teniendo en cuenta que la Potencia reactiva total es la diferencia entre la potencia de
la carga inductiva (Ql) y la potencia de los condensadores instalados (Qc) en nuestro
caso tendríamos (Q = Ql – Qc) nos saldrían los siguientes datos:
P = 9 kW.
Q’ = Ql – Qc = 102 – 81= 21 kVAR.
Por trigonometría:
S’ = = 22,84732 kVA
Teniendo en cuenta que el motor esta en vacío:
P Qc Ql Q S (sin S’(Con ξ ξ'
condensadores) condensadores) (actual) (futura)
81 102 21
9 kW 75 kVA 22,847 kVA 12% 42,85%
kVAR kVAR kVAR
Tabla 2: valores calculados con un motor y después de la instalación de una batería de condensadores
fija.
Teniendo en cuenta al motor trabajando a plena carga:
P Qc Ql Q S (sin S’ (Con ξ ξ'
condensadores) condensadores) (actual) (futura)
322 81 173,797 92,797
366 kVA 335,104 kVA 88% 96,08%
kW kVAR kVAR kVAR
Tabla 3: valores calculados con un motor y después de la instalación de una batería de condensadores
fija.
Realizado: Fecha: Firma: Sello de la empresa :
Antonio Espín 16-02-12
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