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Breve técnica
Eficiencia energética de motores y
generadores eléctricos
Francisco Antonio Carvajal Martínez
[email protected]
La ley de la conservación de la energía establece
que ésta no se crea ni se destruye, sólo se transforma. Cuando una forma de energía se transforma
en otra, se produce una pérdida de energía aprovechable, es decir, tales transformaciones no son
eficientes.
El concepto de eficiencia energética tiene que ver
con la cantidad de energía útil que se puede obtener de un sistema o de una máquina. Así también,
este concepto se refiere a todas las acciones que tengan como objetivo una reducción económicamente
factible de la cantidad de energía necesaria para satisfacer las necesidades energéticas de una instalación determinada, asegurando un nivel de calidad
igual o superior, y una disminución de los impactos
ambientales negativos derivados de la generación,
distribución y consumo de energía.
eléctrica en el país. La Gerencia de Equipos Eléctricos (GEE) del Instituto de
Investigaciones Eléctricas (IIE) lleva a cabo proyectos relacionados a la evaluación de la eficiencia energética de motores de gran capacidad (mayores a 500
C. P.) y generadores eléctricos utilizados en centrales de generación.
La evaluación de la eficiencia energética de motores de gran capacidad forma
parte de proyectos para lograr la eficiencia energética por el lado de la demanda, los cuales incluyen acciones y prácticas dirigidas a reducir la demanda de
energía. La evaluación de la eficiencia energética de generadores eléctricos utilizados en centrales de generación forma parte de proyectos de eficiencia energética por el lado de la oferta, esto es, el conjunto de medidas adoptadas para garantizar la eficiencia a lo largo de la cadena de suministro de energía mediante
la mejora de la operación, mantenimiento y rehabilitación, con tecnologías de
vanguardia de los equipos actuales.
Actualmente, en México se han diseñado políticas
públicas para el aprovechamiento sustentable de
la energía, basadas en el fortalecimiento del marco
normativo (Normas Oficiales Mexicanas) en materia de eficiencia energética y por medio de la implementación de programas de transición energética.
El Programa Nacional para el Aprovechamiento
Sustentable de la Energía 2014-2018 indica que el
mayor impacto de las acciones de eficiencia energética se obtiene a través de la utilización de equipos
con mayores niveles de eficiencia energética, y la
aplicación de buenas prácticas y hábitos operativos
de los equipos en relación al uso de energía. Debido a esto y considerando que las máquinas eléctricas rotatorias, que incluyen principalmente motores y generadores eléctricos, representan el equipo
eléctrico de mayor consumo y generador de energía
Fotografía 1. Motor eléctrico de media tensión de una central de generación.
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Boletín IIE
julio-septiembre-2014
Breve técnica
grafía 2). Actualmente, la eficiencia energética del
generador es un parámetro utilizado para los análisis relacionados a la gestión de las centrales generadoras y se utiliza para dar soporte técnico a la toma
de decisiones relativas a las actividades de mantenimiento, rehabilitación, sustitución y operación
eficiente de estos equipos.
Figura 1. Método calorimétrico implementado por la GEE del IIE.
Fotografía 2. Generador eléctrico de una central hidroeléctrica.
Como parte de las acciones y estrategias necesarias para cumplir con el objetivo de reducir las pérdidas técnicas en las centrales de generación, la GEE
realiza diagnósticos energéticos de motores eléctricos de media tensión utilizados en los servicios propios de estas plantas, mediante metodologías basadas
en mediciones en línea de parámetros de operación (fotografía 1). El cálculo
de la eficiencia energética de los motores se realiza con base al método Ontario
Hydro modificado (IEEE 112 Método “E” de pérdidas segregadas modificado). De este análisis energético (consumo motores actuales vs. consumo con
motores propuestos) se realiza la propuesta de sustitución de los motores que
incrementan la eficiencia y confiabilidad de su operación, y permiten reducir el
consumo de energía en los servicios propios de las unidades generadoras. Estas
propuestas de ahorro energético se evalúan económicamente para determinar
su viabilidad.
En México existen centrales hidroeléctricas cuyos generadores eléctricos cuentan con varios años de operación y algunos de éstos han sido rehabilitados,
modificados o lo serán a corto plazo, por lo que sus parámetros de diseño originales han sido o serán cambiados, afectando su eficiencia energética (foto122
La eficiencia de un generador eléctrico es la relación que existe entre su potencia eléctrica de salida
y su potencia de entrada, bajo condiciones específicas de operación. En máquinas pequeñas, dichas
potencias pueden ser obtenidas de manera directa
con medidores de par mecánico y medidores de
potencia eléctrica. Sin embargo, en equipos más
grandes, donde la potencia mecánica no puede ser
medida directamente, se requiere de métodos de
prueba distintos para obtener la llamada eficiencia
convencional, basada en la cantidad de pérdidas
que presenta el generador.
Las normas IEC incluyen cuatro métodos principales para la determinación de la eficiencia energética en generadores eléctricos, uno de los cuales
es el método calorimétrico, que puede ser usado en
máquinas enfriadas por aire que circula a través de
un sistema abierto o cerrado y es descrito en detalle en la norma IEC 34-2A. Para la evaluación de
la eficiencia de generadores, la GEE utiliza este
método que se basa en el hecho de que las pérdidas en el generador (figura 1) son iguales al calor
disipado a través del medio de enfriamiento, más
el calor perdido por radiación y convección en la
superficie de referencia del equipo. En la práctica,
el método calorimétrico cuenta con mayores ventajas de aplicación en generadores hidroeléctricos,
en comparación con los otros métodos incluidos en
la norma, debido principalmente a que es un método de prueba no intrusivo. Todas las pérdidas de
la máquina aparecen en forma de calor. La mayor
parte del calor generado en condiciones de carga es
removido del generador por el medio refrigerante,
lo cual significa que las pérdidas pueden ser determinadas principalmente con base en la diferencia
de temperatura a la entrada y a la salida del sistema
de enfriamiento, más el calor perdido por radiación
y convección en las superficies del generador.