TODOPRODUCTIVIDAD: febrero 2010

28 febrero 2010

Impacto técnico y económico de la integración eólica en las redes de distribución

Estados Unidos está experimentando un periodo sin precedentes de crecimiento eólico. Este rápido crecimiento contempla en muchos factores, que han requerido la realización de estudios que permitan comprender el impacto técnico y económico de la integración en las redes de distribución.

Son frecuentes los estudios realizados últimamente que permiten obtener información sobre el impacto de las plantas en los sistemas de distribución.

A) COSTES

En la parte del coste, se ha encontrado que con una penetración eólica de hasta el 20 % de demanda pico del sistema, los costes de operación se incrementan y la variabilidad de la energía produccida aumenta aproximadamente en un 10 %.

B) DESEQUILIBRIOS El incremento en los costes, asignados a los generadores de energía eólica se deben sobre todo a los desequilibrios de cargas.

Debido a que el viento es primariamente una fuente de energía, no una fuente de capacidad, ninguna generación adicional necesita ser añadida para proporcionar capacidad de apoyo. La penetración de la generación eólica puede afectar la mezcla de energía de otros generadores del sistema a lo largo del tiempo ya que la generación eólica no proporciona energía cuando los vientos son bajos.

La generación eólica proporcionará capacidad de transporte de carga adicional para cumplir el incremento previsto en la demanda del sistema. Esta contribución probablemente variará del 10 % al 40 % de la capacidad nominal, dependiendo de las características de los vientos locales y la coincidencia con el perfil de carga del sistema. La generación eólica puede requerir que los operadores del sistema lleven a cabo algunas reservas de operación adicionales. Dadas las incertidumbres existentes en las previsiones de carga, los estudios llevados a cabo hasta ahora indican que los requerimientos por reservas adicionales probablemente sean modestos en plantas eólicas ampliamente distribuidas. El impacto actual en la rotura del equilibrio que supoe añadir generación eólica en diferentes áreas puede variar dependiendo de factores locales. Por ejemplo, tratar con variaciones grandes en el rendimiento eólico en un corto periodo de tiempo puede ser un desafío para las áreas de menor equilibrio, dependiendo de la localización específica.

C) IMPACTOS DE OPERACIÓN EN LA INTEGRACIÓN DE PLANTAS EÓLICAS Revisamos algunos estudios realizados en Estados Unidos:

Upper Midwest:

Se ha investigado el impacto de penetraciones de energía eólica del 15 %, 20 % y 25 %. El estudio es uno de los más detallados que hasta ahora se han llevado a cabo hasta en Estados Unidos.

La carga pico del sistema para 2020 se estimará en 20.000 MW, y la capacidad eólica será del 25,5, es decir, 5700 MW. Independientemente de la estructura del mercado de la energía, la mayoría de los estudios dividen el impacto eólico en el marco temporal que corresponde a la operación de la red de distribución.

El estudio estudió la flexibilidad de la red analiando la desviación standar en la red. Los resultados fueron los siguientes :

Desviación standard en cambios de 5 minutos: Sin generación eólica la SD es de 50 MW.
Desviación standard en cambios de 5 minutos: Con 15 % de generación eólica la SD es de 55 MW.
Desviación standard en cambios de 5 minutos: Con 20 de generación eólica la SD es de 57 MW.
Desviación standard en cambios de 5 minutos: Con 25 % de generación eólica la SD es de 62 mw.
Desviación standard en cambios de 1 hora: Con 15 % de generación eólica la SD es de 155 MW.
Desviación standard en cambios de 1 hora: Con 20 de generación eólica la SD es de 204 MW.
Desviación standard en cambios de 1 hora: Con 25 % de generación eólica la SD es de 269 mw.

El sistema se estudió con una compensación para desequilibrios del sistema, utilizando un servicio de control de la generación automático.

A partir de estas necesidades de compensación surgen costes de integración totales (ver figura) , que varían dependiendo del modelo de penetración.

Los resultados de este estudio motraron la aparición de costes de integraciónn, que varían de $2,11/MWh de generación eólica para un 15 % de penetración en un año a unos costes de $4,41/MWh de generación eéolica para penetración eólica del 25 %.

Los costes totales incluyen también los costes de reservas adicionaels atribuibles a la generación eólica

Bibliografía: Best practices in grid integration of variable wind power: Summary of recent US Case Study Results and Mitigation Measures.

Palabras clave: Automatic Generation Control

Sobre la cogeneración a pequeña escala y sus aplicaciones (II)

2ª PARTE: Dimensionando el cogenerador

(Ver 1ª PARTE)

Volvemos nuevamente a hablar de las aplicaciones de cogeneración a pequeña escala, y en esta ocasión nos centramos en el diseño del cogenerador.

El análisis de las facturas de consumo energético nos ayudará a comprender con exactitud cómo funcionan nuestras instalaciones y nos permitirá estudiar el diseño del sistema de cogeneración.

Lo primero que debemos conocer son nuestras necesidades de consumo en planta para evitar sobreproducir electricidad o energía térmica. Lo segundo es que resulta conocer si la economía de la inversión es ventajosa para el cliente.

Los simuladores de cálculo nos ayudarán a calcular la mejor opción. Las unvariables en unla producción de energía y operación horaria son fácilmente manejados por el computador.

Ejemplo

Un cliente consume 5.840.000 kWh en un año, con un coste de $122.152. Mirando la facturación eléctrica se encontró que se usaron 4.390.560 kw a un coste de $307.339 para la energía; y la demanda usada fue de 10.284 kW, con un coste de $102.840.

Los cálculos que deben realizarse son (hablaremos en otro artículo de software de apoyo):

Coste por kWh de gas.
Coste por kw de la energía eléctrica.
Coste por kW de la demanda.
Factor de carga térmica (cantidad de gas que el cogenerador intentará desplazar).
Eficiencia de los calentadores usados para calentar agua.
Horas en las que la empresa está abierta y trabaja el año. En este caso fuero 7.800.

El sistema diseñado consistió en la selección de dos unidades de 120 kw que satisfacen las necesidades térmicas de 11.000 horas. El sistema no sobreproduce energía térmica cuando funciona 7.800 horas por año. En ningún momento sobrará energía eléctrica. De los 4.390.560 kW, el sistema de cogeneración producirá al 43 % o 1.872.000 kW.

Los cálculos obtienen eficiencia FERC al 62,75 %, por encima de los requerimientos mínimos del 42,5 %.

Una vez se obtienen los rendimientos hay que estudiar los costes del sistema respecto al ahorro para determinar que retorno en la inversión podemos disfrutar tras instalar el sistema. Los costes de este proyecto llave en mano son %452.783.

El estudio llevado a cabo de los costes de la inversión, costes de la energía y ahorro conseguido demostraron que el paybck simple de la inversión fue de 2,3 años, con un ahorro anual de $193.464.

Bibliografía: Kolanowski, B.f. Small-scale. Cogeneration Handbook

26 febrero 2010

Eficiencia energética en detalle de los motores eléctricos (IV)

Continuando con la eficiencia energética de motores (ver PARTE 3), vamoss a centrarnos en esta ocasión en unos elementos bien útiles y versátiles, los variadores de velocidad.

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4ª PARTE. VARIADORES DE VELOCIDAD

El variador de velocidad (VSD, por sus siglas en inglés Variable Speed Drive) es en sentido amplio un dispositivo conjunto de dispositivos mecánicos, hidráulicos, eléctricos o electrónicos empleados para controlar la velocidad giratoria de maquinaria, especialmente de motores un. También es conocido como accionamiento o de velocidad variable (ASD, por sus siglas en inglés Adjustable-Speed Drive).
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APLICACIÓN DE ASDs PARA AHORRAR ENERGÍA

Las cargas típicas que pueden beneficiarse del uso de ASDs incluyen los siguientes:

Bombas y ventiladores: En muchas bombas y ventiladores hay requerimientos de caudal variable, y un sustancial ahorro puede conseguirse, ya que la potencia es aproximadamente proporcional al cubo del caudal (y así la velocidad del motor).
Compresores centrífugos y enfriadoras. Los compresores usan un 16 % de toda la electricidad usada en los motores de la industria de procesos (datos para USA). La mayoría de los sistemas de compresores tienen un potencial de ahorro significativo. Mejoras de eficiencia por buenas prácticas de ingeniería pueden conseguir ahorrar en un rango del 15 - 30 % del consumo energético (Datos del Fraunhofer 2000). Los compresores centrífugos y enfriadoras (bombas y ventiladores). Los compresores centrífugos y enfriadoras pueden tomar ventaja de controles de motores de la misma forma que en otras cargas cntrífugas (bombas y ventiladores). El uso de dispositivos de estrangulamiento o ciclos on-off son muy derrochadores por lo que deben evitarse. El ahorro en aire comprimido suele además coincidir con los periodos de mayor consumo en planta.
Transportadores: El uso de controles de velocidad, tanto en transportadores horizontales como inclinados, permiten acoplar velocidades del flujo de material. Ya que el par de fricción del transportador es constante, puede conseguirse ahorro energético cuando el transportador se opera a velocidad reducida. En largos transportadores, los beneficios del arranque suave sin necesidad de equipo auxiliar son también significativos.

APLICACIONES DE ALTO RENDIMIENTO

Las aplicaciones de los motores AC han recibido mucha atención en los últimos años al plantearse su sustitución por motores DC en aplicaciones de control de velocidad de alto rendimiento, donde par y velocidad deben controlarse independientemente. Sin embargo, los motores de inducción son mucho más fiables, más compactos, más eficientes y menos caros que los motores DC. Un motor de inducción es mucho más fiable, más compacto, más eficiente y menos caro que los motores DC. Ya que los motores de inducción no tienen conmutación de escobillas de grafito, son especialmente convenientes para ambientes corrosivos y explosivos. En el pasado, los motores de inducción han sido difíciles de controlar ya que se comportan como sistemas no lineales complejos. Sin embargo, la aparición en el mercado de poderosos y económicos microprocesadores han hecho posible implementar en tiempo real los algoritmos complejos requeridos para controlar los motores de inducción.

El control orientado al campo, también llamado control de vector, permite control exacta de la velocidad y par del motor de inducción, de forma similar al control de motores DC. La corriente del motor y forma de onda del voltaje, junto con la retroalimentación de posición del motor, se procesan en tiempo real, permitiendo que la corriente del motor se descomponga en un componente de producción de campo y un componente de producción de par.

En las aplicaciones con laminadores, por ejemplo, los motores DC son una fortaleza, debido a la velocidas exacta y requerimientos de par requeridos. Con la tecnología ASD, los motores de AC superan a los DC en todos los aspectos técnicos (fiabilidad, rendimiento par/velocidad, potencia máxima, eficiencia), y son capaces de control exacto a velocidad cero.

La disponibilidad de gran diámetro, par alto, y transmisión a baja velocidad en AC hace que los motores AC sean adecuados para su uso en aplicaciones tales como molinos de bolas y hornos rotatorios sin necesidad de cajas de engranajes. Este área es también una fortaleza en las transmisiones DC. De nuevo, los Variadores AC tienen la capacidad de ofrecer rendimiento superior en términos de fiabilidad, densidad de energía, capacidad de sobrecarga, eficiencia, y características dinámicas.

VER PARTE PRIMERA, SEGUNDA Y TERCERA

Bibliografía: Kerith & Mahajan. Handbook of Energy Efficiency and Renewable.

Palabras clave: ball mill, rotatory kiln

Software de simulación y optimización de plantas industriales

El software de simulación avanza con fuerza en el escenario industrial, y métodos cada vez más rigurosos proporcionan increíbles aplicaciones. Y entre todas sus aplicaciones, bien merecen destacarse las dirigidas a mejorar la productividad. Cada vez surgen más herramientas multi-uso aplicables a la industria de procesos.

El software de simulación de procesos está llegando a ser cada vez con más frecuencia una herramienta de trabajo de la ingeniería. El tremendo valor y potencial que tienen los simuladores de procesos ha llevado a una transformación en la tecnología que inimaginable hace menos de una generación. Aparte de los espectaculares avances acaecidos estos años, no menos espectaculares caídas han tenido lugar en los precios del software, lo cual hace que la simulación sea cada vez más accesible.

Las mejoras incluyen integración como otras herramientas de software y la habilidad para realizar cálculos avanzados. Por ejemplo, ProMax simulator, es capaz de integrarse con Microsoft Visio, Excel y Word; y además permite la inclusión de nuevos datos para disolventes físicos, datos de propietario para sistemas de deshidratación de glycol y paquetes termodinámicos, dimensionado de columnas líquido-líquido y otras herramientas de proceso.

La última tendencia en las herramientas de simulación es que hay un interés comercial en unir la simulación con las operaciones de planta y los datos de ingeniería para llevar a cabo actividades operacionales en tiempo real.

En las plantas existentes, se está produciendo el despliegue de herramientas de simulación para crear una gran variedad de opciones que ayuden a cumplir las regulaciones ambientales, reducir el consumo de energía, mejorar las condiciones de la producción y otros proyectos de optimización.

Enlazando con el software de modelización

Aunque los simuladores proporcionan datos, pero no líneas específicas, diagramas de flujo de procesos pueden generarse enlazando software de modelización

a los simuladores. Los datos de los simuladores (como los que están en el interior de una tubería) pueden procesarse con mínima ingeniería para alcanzar una lista de equipos de línea específicos y materiales y el coste exacto de un proyecto.

Ya que podemos automatizar el proceso para movernos de la simulación al coste, los ingenieros pueden estudiar muchos más casos de simulación para conseguir reducir la energía, optimización o proyectos ambientales y conseguimos costes muy rápidamente con un buen grado de exactitud en términos de lo que es físicamente necesario para un proyecto.

Otra de las ventajas de los simuladores es que permite procesar ideas y encontrar soluciones óptimas de forma rápida y a la vez calcular los costes y el retorno de la inversión de un proyecto.

Para asistir a los clientes interesados en este tipo de costes podemos mencionar como herramienta Axsys.Process. Este programa genera automáticamente diagramas de flujo del proceso y diagramas de instrumentación y tuberías (P&IDs) y produce una lista de líneas y otros datos en dos dimensiones. Otro software de simulación, PlantWise permite a los ingenieros modelar bloques principales de equipos y tomar una lista de líneas de cualquier diagrama de instrumentación y tuberías.

Operaciones y simulación

Cuando los productos son inoperables es más fácil integrar productos de simulación con los sistemas de operación que proporcionan datos históricos de los activos. Este tipo de enlaces mejoran los análisis de eficiencia energética, la productividad y el producto, y ayuda a mejorar la fiabilidad y seguridad.

Aveva Net, es una solución que puede asimilar datos técnicos asociados con un activo particular de otras aplicaciones tales como ERP (enterprise resource planning), CMMS (computerized maintenance management system) y tecnologías de diseño.

Bibliografía: Beyond plant design. Chemical engineering. February 2010.

Metodología para transformar residuos municipales en energía biogénica/no biogénica

Volvemos nuevamente a hablar de la transformación de residuos en energía, y en esta ocasión nos centramos en el estudio del contenido de los residuos, una cuestión clave a la hora de plantear proyectos de gestión de residuos.

No es esto una cuestión baladí, pues más de un proyecto de residuos ha fracasado por no conocer en detalle el producto sobre el que estamos trabajando.

Históricamente los residuos sólidos municipales se han considerado normalmente como biomasa. Sin embargo, estos residuos contienen sustancias claramente no renovables, incluso más bien nocivas, por lo que puede estarse sobrevalorando el contenido de renovables en los residuos sólidos municipales. De esta forma, podemos considerar los componentes de los residuos como biogénicos y no biogénicos según su composición.

MSW está principalmente compuesto por residuos sólidos residenciales pero también incluye algunos tipos de residuos no peligrosos procedentes de establecimientos comerciales e institucionales y también residuos industriales.

Los residuos sólidos municipales se generan en grandes cantidades, y una opción para eliminar el problema es generar calor o vapor a partir de los residuos. Pero una mezcla de residuos está formada por materiales que tienen mayor contenido que otros, y la cantidad de energía producida es una función de la composición del chorro de residuos. Por ejemplo, ciertos tipos de plásticos tienen más de tres veces el contenido calorífico que encontramos en recortes de césped o textil orgánico. En general, los combustibles no biogénicos se caracterizan por mayores contenidos de calor por peso unitario que los materiales biogénicos. De esta forma, el ratio de volumen de material biogénico a no biogénico puede tener un efecto considerable en el contenido de calor de los residuos.

Contenido de materiales biogénicos en los residuos

Environmental Protection Agency (EPA), determinó dos tendencias interrelacionadas en la composición de los residuos municipales. En primer lugar, el contenido de calor (por unidad de peso) se ha incrementado a lo largo del tiempo. En segundo lugar, la cuota de energía contribuida a los residuos por los componentes biogénicos y no biogénicos ha ido cambiando a lo largo del tiempo (datos para USA). En 1989, los materiales biogénicos contribuían en dos-tercios del contenido calorífico de los residuos. Pero en 2005, esa cifra cayó al 56 %. El cambio se debe fundamentalmente a que cada vez se incrementa la proporción de plásticos y decrecen los productos de papel.

Historia de la transformación de residuos en energía y el nacimiento de la Cogeneración

La transformación de energía en residuos municipales no es una técnica novedosa, pues la primera instalación de combustión se construyó en la ciudad de New York en 1898, pero no fue hasta 1978, con la promulgación de Public Utility Regulatory Policy Act (Purpa). Esta legislación hizo obligatorio a las distribuidoras comprar energía de las denominadas qualifying facilities (QFs), una nueva actividad que se empezó a denominar cogeneración. Esta nueva ley mejoró la economía de muchas plantas.

La gestión de residuos municipales requiere inversiones de capital importantes, y para hacer estas plantas financieramente viables, una alternativa interesante es la obtención de energía a partir de los residuos

El informe original EIA aquí

Opciones para el oro y la plata en 2010

La búsqueda de inversiones refugio es una ardúa tarea en estos tiempos difíciles, cuando la falta de rentabilidad de inversiones tradicionales y la inestabilidad aconsejan prudencia. Mucho dinero parece está también fuera de circulación, buscando dónde ser colocado, nos referimos al acumulado por los especuladores del ladrillo que no se han arruinado (son muchos). Está también el riesgo divisa, que es fuerte para el euro actualmente, y puede incrementarse en el futuro en Europa si los PIIGS + Reino Unido no consiguen corregir sus excesos del pasado.

Veamos cómo está el panorama con el oro y la plata

Nos gusta sobre todo ser prudentes, no nos enriqueceremos, pero probablemente sorteemos tiempos tumultuosos como los actuales con un daño tolerable. Eso es lo que suelen hacer los inversores en oro y plata, buscar inversiones no demasiado arriesgadas (aunque sometidas también a fluctuaciones de precio a veces prolongadas y también al riesgo divisa.

El precio actual del oro El oro y la plata pueden tener fluctuaciones importantes, eso es lo primero que debemos asumir al valorar este tipo de inversiones. De hecho, en los últimos meses el oro ha sufrido fuertes caídas, y ello se debe sobre todo a la subida del dolar. El oro ha caído en torno a un diez por ciento desde los máximos a final del año pasado, siguiendo la trayectoria de fortalecimiento del dolar.

Pero además de esta situación, que propicia que muchos poseedores de dólares deshagan posiciones en dólar y compren euros, otro hecho significativo ha tenido lugar esta semana. El FMI necesita hacer caja, pues tendrá que seguir ayudando a países en situación delicada, y ello le obliga a sacar al mercado 191,3 toneladas de oro. Tan el anuncio al respecto el pasado miércoles ha provocado que el oro caiga un 1 %.

Pero hace cuatro meses el FMI sacó otras 200 ton que fueron compradas por la India.

¿Cuál es la diferencia?

El FMI ha anunciado el pasado año que vendería 403,3 toneladas de oro, alrededor de 1/8 de su stock de oro, pero hasta ahora las ventas eran a los bancos centrales. En las próximas ventas no se excluye ofrecer oro a otros interesados y ello puede provocar que entren en juego otros agentes.

Es bien conocido que China está interesada en incrementar sus reservas de oro, vendiendo algo de la montaña de reservas en dólares que posee el país. Es posible que China entre a comprar este oro, pero también es cierto que puede estar esperando mejor precio. La economía planificada de China es perfecta para especular con los precios a nivel mundial.

A largo plazo el anuncio del FMI puede no tener incidencia en los precios, pues sigue habiendo demanda.

A largo plazo es por tanto probable que el oro siga siendo rentable.

En resumen, el mercado de los metales preciosos, oro y plata, se están moviendo hacia arriba en el medio plazo, pero ello no nos debe hacer obviar la prudencia.

Bibliografía: Precious Metals´Fake Rally or Beginning of another Strong Move Up? Market Oracle. February 2010.

25 febrero 2010

Eficiencia energética en detalle de los motores eléctricos (III)

3ª PARTE

Un nuevo artículo sobre la serie de eficiencia energética que iniciamos hace unos días ( ver 1ª PARTE Y 2ª PARTE).

SOBREDIMENSIONADO DE SISTEMAS DE MOTORES

Los sistemas de motores a menudo están sobredimensionados como consecuencia de sucesivos factores de seguridad aplicados en el diseño de un sistema. Las pérdidas magnéticas, fricción, y pérdidas de fricción en el aire son prácticamente constantes como función de la carga. Como consecuencia de ello, nos encontraremos en la industria motores sobredimensionados que presentan no solamente baja eficiencia sino también un factor de potencia bajo. La eficiencia cae significativamente cuando un motor opera ligeramente cargado (por debajo de un 40 % para un motor standard). El factor de potencia cae continuamente desde plena carga. La bajada del rendimiento es especialmente observable en los motores pequeños y los motores de eficiencia standard.

Es por lo tanto esencial dimensionar los nuevos motores correctamente para identificar los motores que funcionan con poca carga durante mucho tiempo. En último término, debe considerarse la economía de sustituir por un motor correctamente dimensionado.

CALIDAD DEL SUMINISTRO ELÉCTRICO

Los motores eléctricos, y en particular los motores de inducción, están diseñados para operar con rendimiento óptimo cuando se alimentan por formas de onda sinusoidales trifásicas con el valor del voltaje nominal. Las desviaciones de estas condiciones pueden causar deterioro significativo de la eficiencia del motor y su vida útil. Los problemas de calidad de la energía eléctrica incluyen desequilibrio del voltaje, caída del voltaje o sobrevoltaje, y armónicos e interferencia. Los armónicos e interferencia pueden ser causados por, así como afectar, a los sistemas de motores.

Desequilibrio de voltaje

Los motores de inducción están diseñados para operar en sus mejores condiciones con voltaje sinusoidales equilibrados en tres fases. Cuando los voltajes trifásicos no son iguales, las pérdidas se incrementan sustancialmente. El desequilibrio de voltaje lo causa normalmente una distribución desigual de las cargas monofásicas (por ejemplo los circuitos de iluminación) en las tres fases o condiciones de fallo. El sistema rotando en la dirección opuesta al motor induce corrientes en el motor que calientan el motor y decrecen el par. Incluso un desequilibrio modesto del 2 % puede incrementar las pérdidas un 25 %.

Nivel de voltaje

Cuando un motor de inducción opera por encima del voltaje nominal, su eficiencia y factor de potencia cambia. Si el motor esta poco cargado, una reducción de voltaje puede ser beneficiosa, pero para un motor apropiadamente dimensionado el mejor rendimiento se consigue al voltaje nominal. Las fluctuaciones de voltaje están normalmente asociadas con las caídas de tensión óhmicas (IR) o con la potencia reactiva (pobre factor de potencai) en la red de distribución.

Interferencia electromagnética y armónicos

Cuando hay presentes armónicos en la alimentación del motor, calientan el motor y no producen par útil. Esto afecta a la vida útil del motor y causa una disminución de la capacidad nominal. Esto ocurre también cuando el motor es alimentado por ASDs (variadores de velocidad ajustable electrónicos) que generan armónicos en sí mismos. El uso de motores eficientes puede aliviar estos problemas debido a su mayor eficiencia y capacidad térmica; también hay motores especialmente diseñadso para su uso con ASDs conocidos como "inverter-duty motors" o motores inversores.

La reducción de los armónicos es también importante para el beneficio de otros equipos. Los armónicos, causados por cargas no lineales tales como conmutadores de semiconductores en ASDs, se reducirán a un nivel aceptable tan cerca como sea posible a la fuente. La técnica más común usa filtros inductivos/capacitivos en el circuito de entrada ASD para proporcionar una trayectoria en puente para los armónicos y realizan la compensación del factor de potencia.

IEEE Standard No. 519 (IEEE 1992) contiene las guías generales para el control de armónicos y la compensación de la potencia reactiva de los convertidores de potencia. el coste del filtro de armónicos que cumplen con este standard es típicamente alrededor del 5 % del coste del ASD.

Los conmutadores de semiconductores de potencia ASD operan con rápidas conmutaciones de velocidad que hacen decrecer las pérdida de energía. Las rápidas transiciones en las formas de onda contienen armónicos de alta frecuencia, incluyendo aquellos en el rango de radio-frecuencia. Estos componentes de alta frecuencia pueden producir interferencias tanto por conducción como por radiación.

PÉRDIDAS EN DISTRIBUCIÓN

La disminución de las pérdidas en distribución podemos estudiarlas en los siguientes grupos de acciones:

Dimensionado del cable: Las corrientes suministradas a los motores en cualquier instalación dada producen pérdidas por efecto Joule (I2R) en los cables de distribución y los transformadores del consumidor. El dimensionado correcto de los cables no sólo permitirá una minimización efectiva en costes de las pérdidas, sino que también ayuda a hacer decrecer la caída de voltaje entre el transformador y el motor. El uso de códigos de diseño para dimensionar conductores nos permite obtener a tamaños de cable que previenen el sobrecalentamiento y permiten una corriente de arranque adecuada a los motores, pero estos cálculos pueden estar lejos de un diseño eficiente energéticamente. Cuando se alimenta un motor de 100 HP localizado a 150 m del transformador, alrededor del 4 % de la potencia se perderá calentando el cable. Redimensionar conductores para disminir estas pérdidas es normalmente económico y se obtienen payback de unos 2 años.
Compensación de la potencia reactiva: Los motores sobredimensionados en la industria son el principal motivo por el que se produce un pobre factor de potencia (ver Mejorando el factor de potencia de los motores utilizando sistemas automáticos). La compensación de la energía reactiva, mediante aplicaciones de condensadores de corrección, no sólo reduce las pérdidas en la red sino que también permite el uso de toda la capacidad de potencia de los componentes del sistema de potencia (cables, transformadores, seccionadodores, etc.). Se reducen también las fluctuaciones de voltaje ayudando al motor a operar más próximo a la tensión de diseño.

Bibliografía: Kreith & Mahajan. Handbook of Energy Efficiency and Renewable Energy.

24 febrero 2010

Sobre la cogeneración a pequeña escala y sus aplicaciones en generación distribuida

1ª PARTE

Comenzamos en este artículo una serie de entregas dirigidas a profundizar sobre el uso de la cogeneración en pequeñas aplicaciones. En la gran industria de procesos está claro que es siempre rentable esta tecnología. Pero podemos plantearnos:

¿Dónde está el límite?

¿Que aplicaciones podemos dar a la energía obtenida?

Empezaremos hoy con una breve introducción a las pequeñas aplicaciones.

La cogeneración es eficaz en cualquier sitio en el que se requieran dos o más usos de la energía. En aquellas aplicaciones que necesitan electricidad, agua caliente, vapor, agua fría, calentamiento del espacio, calentamiento con baños químicos, aire acondicionado y cualquier otra necesidad que requiera entrada de energía. . El uso más típico es cuando se necesita electricidad y agua caliente. Obviamente, la electricidad es universal en su uso, y raramente se encuentra un sistema de cogeneración en operación que no tenga electricidad entre las formas de energía producida. Las aplicaciones de agua caliente, por ejemplo, son realmente interesantes, tanto en usos industriales como comerciales. El uso residencial es también un área donde la cogeneración puede aplicarse con éxito si el usuario es lo bastante grande o si está disponible la tecnología que proporcione la cogeneración adecuada.

Ejemplos típicos en los que pueden usarse ejemplos de calentamiento:

Hoteles: Los hoteles son usuarios habituales del agua caliente: duchas, lavanderías, cocinas, lavado de platos, piscinas, spa, etc.
Restaurantes: Servicio de cocina para el lavado de platos u otras aplicaciones.
Hospitales: Baño de pacientes, piscinas, spas, lavandería, servicio de cocinas.
Salud: Piscinas climatizadas, calentamiento de spa, duchas, etc.
Ayuntamiento: Piscinas, spa, etc.
Piscinas recreativas: Piscinas climatizadas, parques acuáticos.
Instalaciones para el cuidado de bebés: Ducha y baño para pacientes, piscinas terapéuticas, spas, cocinas, lavanderías, etc.
Lavanderías operadas con monedas: Agua caliente para lavar ropa, uniformes, sábanas, etc.
Revestimiento de metales: Baños químicos calientes.
Plantas de procesado de alimentos: Agua caliente para cocinar, limpieza con agua caliente, servicios sanitarios.
Residencial: Calentamiento de piscinas; calentamiento de spa; agua sanitaria y baños, cocinas y servicio de lavandería.

Como puede verse, muchos establecimientos requieren uso de agua caliente y por tanto son usuarios potenciales del beneficio de la cogeneración.

Cogeneración en aplicaciones de refrigeración

Otro uso práctico de la cogeneración cuando no se requiere agua caliente es la refrigeración. ¡Es muy fácil transformar el calor en frío! El agua caliente generada por el cogenerador puede usarse para producir agua fría usando una tecnología denominada enfriamiento por absorción.

El enfriador del absorbedor trabaja en ebullición con una solución química en vacío con el vapor químico resultante actuando como refrigerante para quitar calor del agua que se ha usado como refrigerante. Una vez se elimina el calor, el agua vuelve al proceso donde produce frío. Típicamente, un sistema de aire acondicionado usando gas natural en un quemador se utiliza para vaporizar la solución química de forma que el vapor del refrigerante se libere y enfrie el agua. El agua fría se hace correr por un intercambiador de calor para enfriar el aire de la habitación. El agua fría recoge calor de la habitación, y el agua retorna al enfriador ligeramente más caliente. En vez de usar gas natural en un quemador para proporcionar el valor necesario para vaporizar el refrigerante químico, se usa agua caliente como fuente de calor.

Consecuentemente, si el uso de agua caliente no es suficiente para aprovechar la cogeneración, puede utilizarse en aplicaciones de aire acondicionado.

Uso del vapor

El vapor se usa para proporcionar calor en espacios, sistemas de procesos, esterilización de instrumentos, cocina y muchas otras aplicaciones.

A menudo, puede ser útil el uso de agua de cogeneración como medio para precalentar el agua de una caldera que es bombeada a la caldera para hacer vapor, disminuyendo así el combustible requerido.

En conclusión, las pequeñas aplicaciones de cogeneración son interesantes cuando se requiere agua caliente, vapor o aire acondicionado.

Ver 2ª PARTE

Bibliografía: 2003. Kolanowski, B. F. Small-scale. Cogeneration Handbook.

23 febrero 2010

Las energías alternativas crecen con fuerza en Europa

La tecnología eólica y solar europea retoma con fuerza la senda del crecimiento, una buena noticia incluso para España, donde no se está produciendo este rebote.

La crisis financiera dañó a las inversiones europeas en renovables, pero así y todo la mitad de la nueva capacidad desarrollada en Europa en 2009 procedía de renovables.

Más capacidad eólica fue instalada en Europa durante 2009 que con ninguna otra tecnología, de acuerdo a las estadísticas liberadas hace unos días por la European Wind Energy Association (EWEA).

La energía eólica supuso un 39 % de la nueva capacidad en Europa, el gas el 26 % y la energía solar un 16 %. Por el contrario, los sectores de energía con carbón o nuclear desmantelaron más energía de la instalada en 2009, con un total de 1.393 MW de nuclear y 3.200 MW de carbón desmantelados.

De acuerdo con el informe de EWEA, 13.000 millones de euros se invirtieron en parques eólicos en la UE en el último año, consiguiéndose de esta forma cubrir un 4,8 % de la demanda de energía de la UE.

En términos aboslutos, España sigue liderando la capacidad eólica en el continente (24 %), seguida por Alemania (19 %), Italia (19 %), Francia (11 %) y Reino Unido (10 %).

El sector de la energía eólica ha crecido en promedio un 23 % en los últimos 15 años, con instalaciones anuales hasta de 472 MW en 1994 a 10.163 MW en 2009.

Bibliografía: Alternative Energy Grows in Europe. The Ecologist February 2010

Sorprendidos estamos...Todoproductividad en Francés

Todoproductividad es un proyecto antiguo, fraguado bajo la idea de cubrir esas pequeñas necesidades de información que toda empresa industrial necesita. Es un proyecto productivo, pues su inversión tecnológica es cero, e independiente de cualquier medio o grupo de intereses.

Actualmente recibimos visitas desde 158 países y más de mil páginas enlazan nuestra pequeña iniciativa. Recientemente hemos detectado que el todopoderoso google nos ha premiado con un Page Rank 5, lo cual es mucho para una página privada en español, que además no trata temas dirigidos a la mayoría de los internautas. Incluso muchas multinacionales, con poderosos medios a su servicio no superan este valor de posicionamiento en internet.

(ver herramienta y concepto de PageRank)

En Todoproductividad tratamos de fusionar tres conceptos: economía de empresa, ingeniería e internacionalización. Trabajando sobre estas tres ideas creemos que una empresa puede tener más posibilidades de prosperar en un mundo competitivo.

Pero la mayor sorpresa ha venido cuando hemos detectado que en Francia se ha creado un blog clon de nuestro proyecto, al que han denominado Tout une Productivité. Tout une Productivité muestra hasta ahora resúmenes en francés de los artículos que vamos publicando en Todoproductividad.

Nos alegra que estos conceptos, que difundimos libremente para quien desee reproducirlos, han tenido interés para personas que hablan francés.

En fin, gracias a todos los que nos enlazan en sus webs....

Wi-Fi con energía solar

En Portland, Oregón, se va a llevar a cabo una inversión dirigida a proporcionar nuevos servicios Wi-fi. La idea consiste en crear una red Wi-fi con aplicaciones comerciales y para ello se creará una red alimentada con energía solar sobre kioskos en los parques. Los residentes tendrán red Wi-fi disponible casi en cualquier parte.

Cada kiosko tendrá un nodo y un mocroproyector laser acoplado a un iPad/iTouch que proporcionará pequeños displays. Se proporcionarán varios servicios interactivos tales como mapas, noticias, clima, etc. A estos servicios podrá accederse también mediante teléfonos móviles.

El servicio será amortizado vía publicidad, con anuncios que reportarán unos ingresos estimados de $ 100 /mes.

Fuente: goingWimax.com

22 febrero 2010

La contaminación del agua en China el doble de lo previsto

nuevo informe del gobierno chino ha mostrado que los niveles de polución ambiental del agua del año 2007 fueron el doble de lo previsto, concretamente más del doble de las cifras oficiales, en gran medida porque se ignoraron los residuos de uso agrícola.

Estos nuevos datos vuelven a poner en entredicho las estadísticas chinas. El primer censo nacional sobre fuentes de polución encontró que la demanda de oxígeno químico (chemical oxygen demand, o COD) - una medida de contaminación de agua - en aguas residuales fue 30,3 millones de toneladas métricas.

El problema que tiene China con la contaminación es grande, y Beijing es reacia a revelar todos los datos.

En los últimos años China intenta impulsar un nuevo modelo de desarrollo. Sin embargo, la senda de crecimiento que sigue el país genera un crecimiento en la polución superior al resto de las naciones, y el pico de contaminación aún no ha llegado.

Ver más aquí

Problemas energéticos serios en Zimbabwe

El crecimiento económico intenso de las economías emergentes cubría a nuestro parecer sufrir serios apuros sino se afronta la gestión energética eficiente de una forma eficaz. Continuamente venimos hablando de este problema creciente (ver Venezuela declara el Estado de Emergencia Eléctrica) en unas economías cuyo desarrollo se basa en actividades de consumo energético intensivo.

Los costes de fluido eléctrico son cada vez más frecuentes ante la incapacidad del sistema de generación de satisfacer la demanda global demanda creciente. Sí bien en Europa las políticas de eficiencia energética han hecho mella en los gobiernos y en la población, en las economías actualmente más dinámicas del mundo no se han transmitido estos planteamientos. En nuestra opinión, basada en la experiencia práctica sobre el terreno, el problema de muchos países es que hay carencias de ingeniería que tenga capacidad para gestionar la generación, la distribución y el consumo de forma eficiente. La cultura extendida de paliar el problema energético a base de comprar más y más generadores, acaba si cabe empeorando el problema más que solucionándolo.

Revisando hoy las noticias sobre la energía en África hemos encontrado que Zimbabwe padece también serios cortes de suministro eléctrico. La pérdida completa de generación en la central térmica de Hwange ha provocado que los cortes de energía eléctrica se prolonguen ya durante más de 24 horas. Los fallos en las redes de distribución regional se han sucedido y han provocado finalmente el cierre de la central. Se trata sin duda de un problema cada día más frecuente en muchos países cuyas son redes de distribución son incapaces de absorber la intensa demanda que provoca el fuerte crecimiento económico. Como ocurre también con demasiada frecuencia la avería ha provocado daños graves en los equipos.

El país depende de una planta hidroeléctrica en Kariba (750 MW), que produce ahora a plena capacidad. Para intentar paliar el problema se está importando energía desde Mozambique, pero estas importaciones menguan por el incremento del a demanda en el propio Mozambique.

Zambia y la República Democrática del Congo también exportan a Zimbabwe, pero solamente en los periodos en los que la demanda doméstica baja.

Bibliografía: Zimbabwe power cuts worsen after plant shuddown

El crecimiento de África puede llegar al 7 % en 2011

Según el presidente del African Development Bank (AfDB), el crecimiento de África se espera llegue al 5 % este año y alcance al 7 % en 2011. Reina el optimismo en el continente este año, y en el próximo las cifras son bastante mejores.

La recesión económica global ha trastornado bastante la mayoría de las economías africanas en el último año, aunque gran parte del continente eludió los peores efectos de la recesión. La crisis financiera frenó durante unos meses la demanda por las commodities pero luego comenzó nuevamente a crecer (ver gráfica de futuro de las commodities). De ahí, que este año se espere un crecimiento importante, que oscilará previsiblemente entre el 4,5 % - 5 %, y la expansión probablemente se acelerará al 6,5 - 7 % en 2011.

. Los países que más crecerán

Sudáfrica, Nigeria y Kenia destacan como los tres países que se espera hagan despuntar la recuperación de áfrica siguiendo la mejora de la demanda mundial. El intenso crecimiento que están ya experimentando economías tales como China, India y Brasil ayudarían a estimular el crecimiento económico en África.

Bibliografía: Africa´s economic growth may reach 7 % in 2011. Engineering News. February 2010

Sobre el diseño de aplicaciones con microturbinas eólicas

Como explicábamos hace unos días, el coste de la energía eólica ha caído un 80 % desde los años 80 (ver La energía eólica como oportunidad de inversión). Ello nos ha hecho recordar varios viajes en los que a mediados de los 90 atravesando escenarios rurales de los Países Bajos. Recorriendo Holanda por sus estrechas pero esquisitas pistas rurales podías percatarte de un fenómeno interesante: los granjeros holandeses usaban pequeños aerogeneradores eólicos para obtener una energía suplementaria que tan fácilmente conseguían de los impetuosos vientos del gélido Mar del Norte. Las prósperas granjas holandesas, que aprovechaban las praderas ganadas al mar con los polster del Waddenzee, sabían también obtener energía de forma muy fácil, y es que aquellas pequeñas turbinas giraban muy, muy rápido. Mucha gente vive en escenarios muy ventosos, lugares donde el viento está casi siempre presente, y ello propicia que con turbinas cuyo coste es realmente ridículo respecto al beneficio obtenido, puedan satisfacer sobradamente sus necesidades energéticas. Hace unos días nos centrábamos en las microaplicaciones de bombeo solar (ver Cómo diseñar sistemas de bombeo solar) y hoy nos centraremos en explicar con cierto detalle las aplicaciones de las microturbinas eólicas.

El sector de la generación está dominado por las grandes inversiones y ello hace que a veces no nos preocupemos por lo más sencillo y básico. 1) LAS PEQUEÑAS TURBINAS EÓLICAS

Con esta denominación nos referimos a los generadores eléctricos que utilizan el viento para producir energía limpia, libre de emisiones y destinada a producir su propia energía en viviendas, granjas y pequeños negocios. Es una tecnología simple y popular, ya que cada vuelta que da el molinillo nos ayuda a disminuir la facturación eléctrica. Es además una solución idónea para viviendas o pequeños poblamientos que no están conectados a las redes de distribución donde se instalan generadores de hasta 100 kw.

La producción a gran escala de las energías renovables ha propiciado que muchos fabricantes irrumpan en el mercado y los precios hayan caído.

2) INSTALACIÓN El coste por kw de esta tecnología va de $3.000 a $5.000 por cada kW de capacidad de generación, o alrededor de $40.000 para un sistema de 10-kw instalado.

Evidentemente, la rentabilidad de la instalación dependerá sobre todo del régimen de vientos de la localidad donde se lleva a cabo la aplicación. Esto es debido a que podemos combinar generación con acumulación y ello conlleva que con poca capacidad de generación dispongamos de una capacidad de consumir energía much

o mayor. Imaginemos que la turbina está toda la noche produciendo, cuando no se está consumiento prácticamente energía. Toda esa energía puede almacenarse y usarse durante el día. De esta forma podemos disminuir considerablemente la inversión.

3) BUSCANDO SU SITUACIÓN

Las turbinas eólicas son sistemas apropiados para negocios o granjas ubicados en lugares cuyo viento sea al menos de clase 2 (velocidades de 5,1 m/s) y que paguen en promedio al menos $150 dólares de energía mensual. Bajo estas circunstancias, una turbina eólica de 10 kW montada en una torre de 24 metros generará 1.000 kwh mensuales.

4) LOS NÚMEROS EN LOS SISTEMAS MÁS PEQUEÑOS

Los generadores eólicos más pequeños con capacidades de 1-3 kw se usan para aplicaciones específicas como bombeo de agua, o como refuerzo de la red de distribución.

Las turbinas más pequeñas pueden recortar la factura eléctrica. Una turbina de 3 kW montada en una torre de 18-24 metros puede costar unos $15.000, incluyendo accesorios y baterías. Si una vivienda gasta $60 - 100 dólares al mes (datos de USA) en electricidad, puede reducirse la factura en un 30-60 %. Estamos hablando por tanto de una excelente inversión a largo plazo.

También pueden usarse sistemas con potencias inferiores a 1 kW como parte de un sistema híbrido con células fotovoltaicas.

Competitividad frente a una línea de distribución

El coste de una línea de distribución en alta tensión puede ser aproximadamente $20.000 - $30.000 cada 400 metros. Con ese dinero puede construirse un sistema de energías renovables que cumpla con todas las necesidades de una casa eficiente, y lo mejor de todo es que nos olvidaremos de la factura mensual. En lugares ventosos con mucho sol el sistema de energías renovables es especialmente competitivo. Pero las cosas van más allá aún, según trabajos realizados por Electric Power Research Institute, en algunas áreas ventosas y soleadas de los Estados Unidos puede ahorrarse dinero quitando el sistema de distribución actual (costoso de mantener), y sustituyéndolo por sistemas híbridos como el que hemos explicado.

5) CONEXIÓN A LA RED DE DISTRIBUCIÓN En un creciente número de países existe la posibilidad de vender la energía producida en exceso por los sistemas renovables de generación. Estos sistemas interconectados no requieren baterías.

Bibliografía: Este artículo se redactó a partir de diversa información de NREL y AWEA.

21 febrero 2010

Eficiencia energética en detalle de los motores eléctricos (II)

(2ª PARTE) CONTROLES DE VELOCIDAD

En una entrega anterior hemos inicidado una descripción general de las Tecnologías de eficiencia energética en motores eléctricos. Continuamos con la serie pero esta vez nos centramos en los controles de velocidad.

Los motores de inducción y síncronos AC son esencialmente de velocidad constantes, pero en la mayoría de las aplicaciones de los motores hay beneficios si la velocidad puede ajustarse a los requerimientos del proceso. Esto es especialmente verdad para las nuevas aplicaciones donde el proceso puede diseñarse para tomar ventaja de la velocidad variable.

Variadores de corrientes de Foucault y mecánicos

Las tecnologías de control de velocidad mecánicas incluyen transmisiones hidráulicas, poleas ajustables, cajas de engranajes y variadores de corrientes de Foucault trabajan como embragues de inducción con deslizamiento controlado. Tanto los variadores mecánicos como los variadores de Foucault tienen relativamente poca importancia. sufren de baja eficiencia, son muy grandes, flexibilidad limitada o fiabilidad limitada al compararlos con otras alternativas; en los variadores mecánicos requieren mantenimiento regular.

Motores multi-velocidad

En aplicaciones donde solo se requieren pocas velocidades de operación, los motores multi-velocidad pueden proporcionar la solución más efectiva en costes. Estos motores están disponibles con una gran variedad de características de par-velocidad (par variable, par constante, y potencia constante), para acoplar diferentes tipos de cargas. Motores de dos devanados pueden proporcionar hasta cuatro velocidades (un tamaño de carcasa más grande) que los motores de una sola velocidad para la misma capacidad. Motores de amplitud de polo modulada son de devanado único, dos velocidades, motores de inducción de jaula de ardilla que proporcionan un amplio rango de velocidades. Debido a que usan un devanado simple tienen el mismo tamaño de carcasa que los motores de una sola velocidad para la misma potencia.

Variadores de velocidad ajustables electrónicos

La velocidad del motor es casi proporcional a la frecuencia de la potencia AC suministrada; así la velocidad del motor es casi proporcional a la frecuencia de la energía AC suministrada; y así la velocidad puede variarse aplicando una entrada de frecuencia variable al motor. Los variadores de velocidad ajustable electrónicos (ASDs) alcanzan la entrada del motor convirtiendo la frecuencia fija, normalmente primero a alimentación DC y luego a un voltaje de frecuencia continuamente variable. ASDs es asi capaz de cambiar continuamente la velocidad de los motores AC. Los ASDs no tienen partes móviles (a veces con la excepción de un ventilador de refrigeración), presentando alta fiabilidad y eficiencia y bajos requerimientos de mantenimiento. Debido a que ASDs son grandes y tienen requerimientos de posicionamiento flexibles, son generalmente fáciles de reacondicionar.

ASDs electrónicos son la tecnología de control de la velocidad de motores actualmente dominante. El desarrollo en las pasadas dos décadas en áras de microelectrónica y potencia hacen posible el diseño de ASDs electrónicos competitivos en costes eficientes y competitivos. Ya que ASDs controla los voltajes/corrientes y alimenta el motor a través de conmutadores de semiconductores, es posible incorporar características de protección de motores, control remoto y arranque blando, a costes modestos.

Ver PRIMERA PARTE

Bibliografía: Kreith & Mahajan. Handbook of Energy Efficiency and Renewable Energy

Venezuela declara el Estado de Emergencia Eléctrica

Venezuela, un país rico en petróleo, acaba de declarar el Estado de Emergencia Eléctrica, por lo que el problema energético pasa a ser prioridad número uno. De nada vale el petróleo puesto que hay que transformarlo y luego distribuirlo.

El sistema eléctrico está completamente bloqueado y las cosas sólo pueden empeorar si no hay un cambio radical en la forma de gestionar la energía, no sólo nos referimos a Venezuela sino también a toda la región. A nuestro parecer, Venezuela es un ejemplo de algo que venimos explicando desde hace mucho tiempo en TODOPRODUCTIVIDAD, contrastado además ampliamente con datos propios sobre el terreno, la planificación de la generación y distribución de energía en Latinoamérica no es la más adecuada. A eso podríamos añadir años de deterioro progresivo del sistema de distribución, y que en varios países segmentos amplios de la población se enganchan directamente a la red sin contribuir a su mantenimiento. Todo ello, en un escenario de crecimiento económico en varios países que puede ser del 6 o el 8 %, no da como resultado otra cosa que un bloqueo del sistema de generación a medio plazo.

En la inauguración de su programa De repente con Chávez, transmitido por Radio Nacional de Venezuela, el jefe de Estado justificó la declaratoria de emergencia eléctrica. , en compañía del vicepresidente de la República y titular del despacho de Agricultura y Tierras, Elías Jaua; y los ministros de Planificación, Jorge Giordani; de Energía y Petróleo, Rafael Ramírez; de Industrias Básicas y Minería, Rodolfo Sanz y de Energía Eléctrica, Alí Rodríguez Araque, a quienes designó como miembros del Estado Mayor Eléctrico. Insistió en que "hay que declarar el estado de emergencia, esa es la razón fundamental de esta declaratoria, lo que prevén la Constitución y las leyes".

Mientras tanto, Rodríguez indicó que el problema de energía eléctrica "se ha expresado en una caída sistemática de los embalses de Guri, de los ríos Apure, del Orinoco", por efecto del fenómeno El Niño. "Confrontamos un problema serio, se ha incrementado la inversión en energía térmica pero nadie podía imaginar la severidad de este larguísimo verano. Este gobierno ha incrementado 10 veces más la capacidad termoeléctrica".

Pese a que el incremento de la capacidad de generación y distribución en Latinoamérica o en otras partes del mundo no deja de crecer; ver por ejemplo "Resumen de las inversiones energéticas más interesantes en Latinoamérica" o "El negocio de las infraestructuras en África"; los cortes de energía son cada vez más prolongados en zonas cada vez más amplias de Latinoamérica. Cualquier incidencia climatológica hace disparar todas las alarmas. La población se ve obligada a usar sistemas complementarios de almacenamiento o generación de la energía y ello encarece notablemente los costes del consumo.

A nuestro parecer, y si bien la estrategia de incrementar la generación y reforzar la distribución es correcta, es también insuficiente si se hace siguiendo los modelos europeos o norteamericanos como hasta ahora. En Latinoamérica se construyen grandes infraestructuras de generación, generalmente con la participación de la inversión privada, pero luego se descuida la eficiencia energética en la distribución y en el consumo. Cuando decimos que se dsecuida la eficiencia energética no queremos decir que no haya campañas para conseguir reducir el consumo, sino que no se aplica la ingeniería que requieren estos grandes territorios. Por otra parte, la cultura de la eficiencia energética prácticamente no existe en la industria, donde se importan bienes de equipos normalmente desde países no muy preocupados hasta tiempos recientes por la eficiencia energética: USA, China, etc.

Al no actuar directamente sobre el consumo, donde según nuestros datos en industria Latinoamericana hay un sobreconsumo que en muchos casos es el doble que el admitido hoy por la industria moderna europea, poco se puede conseguir por mucho que aumentemos la capacidad de generación, pues el consumo crece a una velocidad mucho más rápida. Tan solo actuando sobre el consumo, y utilizando estrategias como la Generación Distribuida, podrá superarse a largo plazo el problema energético de regiones como Latinoamérica o África.

Factores que afectan al rendimiento de las instalaciones fotovoltaicas

Revisamos en este artículo los principales factores que afectan al rendimiento de los sistemas fotovoltaicos. Un sistema fotovoltaico produce energía en proporción a la intensidad de la luz solar en la superficie del panel fotovoltaico. Pero el rendimiento solar puede variar sustancialmente. Hay otros factores que afectan al rendimiento del sistema de energía solar. Estos factores deben ser comprendidos de forma que el cliente tenga unas expectativas realistas sobre los beneficios del sistema en momentos de clima variable. Veamos uno por uno estos factores:

Condiciones de ensayo standard: Los módulos solares producen energía DC. El rendimiento de los módulos solares es determinado por el fabricante en unas condiciones standard (Standard Test conditions ó STC). Las condiciones son temperatura de la célula 25 ºC; irradiancia solar (intensidad) = 1000 W/m2 (a menudo referido como intensidad luminosa pico, y es comparable a la intensidad durante un mediodía de verano. Un fabricante que clasifica el rendimiento de un módulo solar en 100 W de energía bajo condiciones STC, gabrica un módulo con una tolerancia de producción de +/- 5 %. Eso quiere decir que el módulo producirá de 95 w a 105 w.
Temperatura: La potencia del módulo se reduce cuando la temperatura se incrementa. Cuando se opera sobre un tejado, el módulo se calentará sustancialmente, alcanzando su temperatura interior valores que van de 50 - 75 ºC. De esta forma, para módulos cristalinos, un factor de reducción de temperatura típico recomendado por el CEC(California Energy Commission) es el 89 % o 0,89. De esta forma un módulo típico de 100 vatios operará a aproximadamente 85 w (95 w x 0,89 = 85 vatios) en el mediodía de un día de primavera u otoño, bajo buenas condiciones de luminosidad.
Suciedad y polvo: Polvo y suciedad pueden acumularse en la superficie del módulo solar y bloqueando la luz. Dependiendo de lo lluvioso del sitio se limpiará más o menos. Un factor típico de reducción es del 93 % 0 0,93 %. Así, un módulo de 100 w operando con polvo acumlado trabajaría a 79 w.
Pérdidas por acoplamiento y cableado: La máxima energía suministrada por un panel fotovoltaico es siempre la suma de la salida máxima de los módulos individuales. Esta diferencia es un resultado de ligeras inconsistencias en el rendimiento de un módulo al siguiente llamado desacoplamiento y origina una pérdida de energía del 2 % en el sistema. También se pierde por la resistencia en el cableado del sistema. Estas pérdidas deben mantenerse al mínimo mediante aplicación de procedimientos adecuados, pero es difícil conseguir que bajen del 3 %.
Pérdidas de conversión DC a AC: La conversión de energía DC/AC o viceversa genera siempre pérdidas. Algunos fabricantes hablan de eficiencias pico del 92-94 %, pero en inversores nuevos medidos en condiciones controladas. En la práctica es común encontrar el 88 %, aunque el tiempo de uso y las características de cada inversor pueden generar conversiones de una eficiencia del 80 % en muchos casos. La aproximación que suele utilizarse en los cálculos es del 90 % o 0,90.

En conclusión, la producción de un panel solar de 100 w sobre el que se tienen en cuenta todas estas pérdias trasladaría a alterna aproximadamente 68 vatios durante el mediodía de un día claro. Sabemos que mucha gente ha utilizado una producción más elevada en sus estimaciones, pero esto es lo que hay.

Bibliografía: A guide to photovoltaic (PV) system design and installation. California Energy Commission. Energy Technology Development Division

20 febrero 2010

Eficiencia energética en detalle de los motores eléctricos (I)

(PRIMERA PARTE)

Ver también nuestro Catálogo de Mejoras de Procesos Industriales

Los sistemas de motor son el tipo de carga eléctrica más importante, pues los motores están acoplados desde a pequeños aparatos a bombas que impulsan motores multi-megavatios y ventiladores en plantas de potencia. Los motores eléctricos consumen la mitad de la electricidad total, y la industria es responsable de aproximadamente dos tercios del consumo de electricidad. En los sectores residencial y comercial consumen ligeramente menos de la mitad de la electricidad. El coste energético es inmenso; aproximadamente $100.000 millones solamente en Estados Unidos. Hay un gran potencial de ahorro energético y dinero incrementando la eficiencia de motores y sistemas de motor

En muchos artículos hemos venido hablando de aspectos específicos de la eficiencia energética en motores eléctricos, y en esta ocasión nos centraremos en hacer una descripción de la disciplina de eficiencia energética aplicada a los motores. En primer lugar citamos los artículos en los que hemos hablado de motores:

Tipos de motor

Hay una gran variedad de motores, basándonos en el tipo de suministro de energa (AC o DC) que alimenta los bobinados, así como las diferentes tecnologías que generan los campos magnéticos en el rotor y en el estátor.

Los motores síncronos se usan en aplicaciones que requieren velocidad constante, alta eficiencia de operación y factor de potencia controlable. La eficiencia y el factor de potencia son particularmente importantes por encima de 100 HP. Aunque los motores de corriente continua son fáciles de controlar, tanto en términos de velocidad y par, su producción es cara y fiabilidad más modesta. Los motores de corriente continua se usan para algunas aplicaciones industriales y aplicaciones de tracción eléctrica, pero su importancia está menguando.

Eficiencia de sistemas de motor
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La eficiencia de un proceso de transmisión de motor depende de varios factores que pueden incluir:

Eficiencia de motores.
Controles de velocidad del motor.
Dimensionado apropiado.
Calidad del suministro energético.
Pérdidas de distribución.
Transmisión.
Mantenimiento.
Eficiencia mecánica del equipo de impulsión (bomba, ventilador, etc).

Es muy importante decir que el diseño del proceso en si mismo influye en la eficiencia total del proceso (unidades producidas/kWh o servicio producido/kWh). En realidad, en muchos sistemas la oportunidad más grande para la eficiencia energética está en el uso mejorado de la energía mecánica (usualmente en forma de fluidos o materiales sólidos en movimiento) en el proceso.

Si nos fijamos en los motores de inducción, es importante indicar que las pérdidas son una función de la carga. En cargas bajas las pérdidas magnéticas del núcleo (histéresis y corrientes parásitas) son dominantes, mientras que las pérdidas resistivas del cobre a altas cargas son las más importantes. Las pérdidas mecánicas también están presentes en forma de fricción en rodamientos y en ventilación.

Eficiencia energética y motores premium
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Desde la II guerra mundial hasta principios de los 70, la tendencia fue diseñar motores ineficientes que minimizasen el uso de materias primas (cobre, aluminio y acero de silicio). Estos motores de inducción tienen costs iniciales más bajos y son más compactos que las generacioens previas de motores, pero sus costes de funcionamiento son más altos. A finales de los 90 comenzaron a desarrollarse motores premium cuya eficiencia mejorada iba del 4 % para un motor de 1 hp al 2 % en el motor de 150 hp. Los motores premium cuestarn aproximadamente un 15-25 % más que los motores standard. En nuevas aplicaciones, y para motores con un gran número de operaciones, los paybacks son normalmente inferiores a 4-2 años para los motores premium.

Eficiencia en los motores rebobinados

Cuando un motor falla, el usuario tiene la opción de tener que reconstruir, o comprar un motor eficiente. Excepto para los grandes motores con bajo número de operaciones anuales, es típicamente muy efectivo en costes sustituir un motor que ha fallado por otro eficiente. Aunque la reconstrucción de un motor es una alternativa de bajo coste, la eficiencia de un motor reconstruido puede disminuir por el uso de métodos inapropiados al desmontar el viejo bobinado. En promedio, la eficiencia de un motor decrece alrededor de un 1 % cada vez que el motor es rebobinado.

El uso de altas temperaturas (por encima de 350 ºC) puede dañarse el aislamiento interlaminar y distorsionar el circuito magnético con impacto particular en la forma del hueco de aire, que lleva a un núcleo substancialmente más grande y corrientes perdidas. Antes de rebobinar cualquier motor, se controlará por daños mecánicos y la condición del circuito magnético se ensayará con un medidor electrónico de pérdidas del núcleo de aceero. Hay técnicas disponibles para eliminar los viejos bobinados, incluso los revestidos con barnices expoxy, que no exceden de 350 ºC.

Otros desarrollos de motores eficientes

En los motores de baja potencia, recientes tecnologías eficientes son la tecnología de imanes permanentes y los motores de reluctancia. Estos motores avanzados no tienen pérdidas en el rotor y se caracterizan por par y ratio de potencia/peso más altos. En motores de potencia fraccionaria, tales como los de los electrodomésticos dle hogar, las mejoras de eficiencia pueden alcanzar un 10 % - 15 % comparado con los motores de inducción mono-fásicos. Comparados con los motores de polo sombreado comúnmente usados en pequeños ventiladores, los tipos de motor mejorados pueden tener más del doble de eficiencia.

Motores de iman permanente: En las últimas décadas, ha habido progreso sustancial en el área de los materiales de imán permanente. Están disponibles materiales de imán permanente de alto rendimiento tales como las aleaciones de neodimio-hierro-boro, con una gran densidad de energía y coste moderado, que ofrecen la posibilidad de conseguir motores de alta eficiencia y motores compactos de peso ligero. En los diseños modernos los imanes permanentes se usan en el rotor. Las corrientes en los devanados del estator son conmutadas por dispositivos de potencia semiconductores basados en la posición del rotor, normalment detectados por sensores Hall. El rotor rota en sincronismo con el campo magnético creado por los serpentines del estátor, con la posibilidad también de un control de la velocidad exacto. Debido a que estos motores no tienen escobillas, y con circuitos de control adecuados pueden alimentarse con DC, por lo que a veces se llaman motores DC sin escobillas.
Motores de reluctancia conmutada. Los motores de reluctancia conmutada son motores síncronos cuyo devanado del estator es conmutado por un conmutador de potencia con semiconductores que crean un campo rotatorio. el rotor no tiene devanados, está hecho de hierro con polos salientes. Los polos del rotor son magnetizados por la influencia del campo rotatorio del estator. La atracción entre los polos magnetizados y el campo rotatorio crea un par que mantien el rotor moviéndose a velocidad síncrona. Estos motores tienen más eficiencia que los motores de inducción, son simples de construir, robustos, y producidos en masa tienen un precio competitivo con los motores de inducción.
Estos motores pueden usarse en aplicacones de alta velocidad sin necesidad de engranajes.

(Ver segunda parte aquí).

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Palabras clave: Shaded-pole motor, neodymium-iron-boron alloys, switched reluctance motor .

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