ESTRATEGIA PARA EL AHORRO DE ENERGÍA EN POLIPROPILENO DEL CARIBE S.A – PROPILCO

LUIS CARLOS DE JESÚS MARRUGO CASTILLO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE MINAS

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y MECÁNICA MEDELLÍN

2007

ESTRATEGIA PARA EL AHORRO DE ENERGÍA EN POLIPROPILENO DEL CARIBE S.A – PROPILCO

LUIS CARLOS DE JESÚS MARRUGO CASTILLO

Informe de la práctica empresarial para optar al titulo de Ingeniero Electricista

Director

MSC. EFRAÍN ANTONIO PÉREZ ROJAS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE MINAS

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y MECÁNICA MEDELLÍN

2007

Nota de Aceptación:

Firma del Asesor

Medellín, 2007

Al señor Luis Carlos Marrugo López quien además de haber sido mi papa fue mi maestro y amigo

A estrellita animalito fiel y feliz con su amo

AGRADECIMIENTOS

El autor expresa sus agradecimientos a:

A PROPILCO S.A por prestar sus instalaciones para este estudio y por hacer todas las gestiones necesarias para llevarlo a cabo. Al ingeniero Jairo Martin Franco (ingeniero de proceso) por la orientación dada y el apoyo brindado durante el desarrollo del proyecto. Al profesor Efraín Pérez (director escuela de ingeniería eléctrica y mecánica) por sus recomendaciones y consejos para facilitar las tareas del proyecto.

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 14

1. CONCEPTOS BÁSICOS........................................................................... 16

1.1 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO PRODUCTIVO. ................................... 16 1.2 GESTIÓN ENERGÉTICA .......................................................................... 16 1.3 INDICADORES ENERGÉTICOS Y CONTROL DE OBJETIVOS. .......................... 17

1.3.1 Índice de energía especifico........................................................... 17 1.4 ESTRATEGIA PARA EL AHORRO DE ENERGÍA EN PROPILCO S.A. ................ 17 1.5 SISTEMAS ENERGÉTICOS....................................................................... 18 1.6 DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA ELÉCTRICO INDUSTRIAL. 19

1.6.1 Breve descripción del sistema eléctrico de Propilco....................... 19 1.6.2 Sistema de fuerza motriz................................................................ 20 1.6.3 Sistema de transformación............................................................. 23

1.7 MÉTODOS PARA ESTIMAR LA EFICIENCIA ENERGÉTICA DE LOS MOTORES

ELÉCTRICOS.................................................................................................... 24 1.7.1 Método del porcentaje de carga del motor. .................................... 25

2 AUDITORIA ENERGÉTICA. ..................................................................... 30

2.1 IDENTIFICACIÓN DE LOS ALCANCES DEL PROYECTO.................................. 30 2.1.2 Metas definidas para el consumo de energía en PROPILCO S.A.. 30

2.2 IDENTIFICAR LOS DESAFÍOS PARA MEJORAR LA EFICIENCIA ENERGÉTICA .... 32 2.2.1 Sistema motriz................................................................................ 32

2.2.1.1 Interpretación de las medidas eléctricas de los CCM.............. 32 2.2.1.2 Interpretación de los resultados de las medidas eléctricas de los motores de Unipol 1 y 2 cuando en Planta 1 se producen homopolímeros Ramdon. ................................................................................................ 36 2.2.1.3 Interpretación de los resultados de las medidas eléctricas de los motores de Unipol 1 y 2 cuando en Planta 1 se producen homopolímeros de impacto. ............................................................................................ 39

3 PROPUESTAS Y ACCIONES TOMADAS PARA EL AHORRO DE ENERGÍA EN PROPILCO S.A. ........................................................................ 50

3.1 IMPLEMENTACIÓN DE UN PORTAFOLIO DE TRABAJO .................................. 50 3.1.1 Rebobinado de motores: ................................................................ 50 3.1.2 Desbalance de corriente y voltaje:.................................................. 52 3.1.3 Caída de voltaje:............................................................................. 53 3.1.4 Eficiencia en función del porcentaje de carga: ............................... 53 3.1.5 Consumo de energía en el mezclador continúo: ............................ 53 3.1.6 Aire a los silos de almacenamiento: ............................................... 53 3.1.7 Información de reles de protección:................................................ 53 3.1.8 Estudio de iluminación:................................................................... 54

3.2 REALIZACIÓN DE LOS TRABAJOS FÍSICOS QUE PERMITAN EL AHORRO DE

ENERGÍA ......................................................................................................... 54

3.2.1 Cambio de tap en los transformadores:.......................................... 54 3.2.2 Cambio del dado de la extrusora de Planta 1:................................ 54 3.2.3 Revisión de fugas en el sistema de aire de instrumentos:.............. 54 3.2.4 Instrumentación de medida de la subestación Unipol 1: ................ 54

3.3 VIGILANCIA PERMANENTE ...................................................................... 55 3.3.1 Algunas Recomendaciones Generales Para El Ahorro De Energía En Motores Eléctricos. .............................................................................. 55 3.3.2 Ahorro de energía en transformadores........................................... 57 3.3.3 Otras recomendaciones generales para ahorrar energía en el proceso ..................................................................................................... 57

4 CONCLUSIONES ..................................................................................... 59

BIBLIOGRAFIA ................................................................................................ 61

ANEXOS .......................................................................................................... 62

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Diagrama de flujo del proceso........................................................... 16

Figura 2. Diagrama unifilar del sistema eléctrico de Propilco S.A. ................... 20

Figura 3. Evolución del precio del KWH durante el año 2006 .......................... 26

Figura 4. Curva de variación del rendimiento del motor en función de la caída de voltaje. ......................................................................................................... 28

Figura 5. Evolución del consumo global de energía especifica para Planta 1 y Planta 2 durante el año 2006. .......................................................................... 31

Figura 6. Evolución del consumo global de energía especifica para Planta 1 y Planta 2 en los meses comprendidos entre Enero y Septiembre del 2007. ..... 31

Figura 7. Disminución del rendimiento del motor estándar debido al numeró de rebobinados...................................................................................................... 51

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Descripción de las variables de las formulas de los motores. 21

Tabla 2. Descripción de las variables de las fórmulas de los transformadores 23

Tabla 3. Variables de los métodos de cálculo de la eficiencia en motores. 25

Tabla 4. Medidas eléctricas y datos de placa del motor K- 0311 26

Tabla 5. Eficiencia del motor estándar en función del porcentaje de carga. 27

Tabla 6. Variables que intervienen en la interpolación. 27

Tabla 7. Resumen del sobrecosto de las pérdidas de energía. 29

Tabla 8. Medidas eléctricas CCM Unipol 1 y 2 cuando en Planta 1 se producen homopolímeros Ramdon. 33

Tabla 9. Medidas eléctricas CCM Unipol 1 y 2 cuando en Planta 1 se producen homopolímeros de Impacto. 34

Tabla 10. Medidas eléctricas CCM PP3 cuando en Planta 2 se producen homopolímeros Ramdon. 35

Tabla 11. Datos de placa importantes del grupo de motores de Unipol 1 y 2 cuando en Planta 1 se producen homopolímeros Ramdon 36

Tabla 12. Medidas eléctricas del grupo de motores de Unipol 1 y 2 cuando en Planta 1 se producen homopolímeros Ramdon 37

Tabla 13. Datos para el cálculo del sobrecosto de las pérdidas de energía cuando planta 1 produce homopolímeros Ramdon. 38

Tabla 14. Datos de placa más importantes del grupo de motores de Unipol 1 y 2 cuando en Planta 1 se producen homopolímeros de Impacto. 40

Tabla 15. Medidas eléctricas del grupo de motores de Unipol 1 y 2 cuando en Planta 1 se producen homopolímeros de Impacto. 40

Tabla 16. Datos para el cálculo del sobrecosto de las pérdidas de energía cuando planta 1 produce homopolímeros de Impacto. 41

Tabla 17. Datos de placa del grupo de motores de PP3 cuando Planta 2 produce homopolímeros Ramdon. 43

Tabla 18. Medidas eléctricas del grupo de motores de PP3 cuando Planta 2 produce homopolímeros Ramdon. 43

Tabla 19. Datos para el cálculo del sobrecosto de las pérdidas de energía cuando planta 2 produce homopolímeros Ramdon 44

Tabla 20. Datos de placa del transformador T51. 45

Tabla 21. Registro de las medidas eléctricas en el primario del transformador T51. 46

Tabla 22. Registro de las medidas eléctricas en el secundario del transformador T51. 46

Tabla 23. Información adicional del transformador T51 47

Tabla 24. Datos de placa del transformador T51 48

Tabla 25. Registro de las medidas eléctricas en el devanado primario del transformador T50. 48

Tabla 26. Registro de las medidas eléctricas en el devanado secundario del transformador T50. 48

Tabla 27. Resumen de las pérdidas de energía en el transformador 49

LISTA DE ANEXOS

Anexo 1 Descripción del proceso productivo 62

Anexo 2 Cuadros de eficiencias para el motor estándar en función del porcentaje de carga [McCOY AND DOUGLASS, 2000] 70

ESTRATEGIA PARA EL AHORRO DE ENERGÍA EN LAS PLANTAS DE

POLIPROPILENO DEL CARIBE S.A – PROPILCO

LUIS CARLOS DE JESÙS MARRIUGO CASTILLO

Director: EFRAÍN ANTONIO PÉREZ ROJAS

Profesor Asociado a la Universidad Nacional de Colombia

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y MECÁNICA FACULTAD DE MINAS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLÍN

Semestre: 02 – 2007

RESUMEN

Palabras clave: ahorro de energía, eficiencia energética, máquinas eléctricas, sobrecosto energético. El tema central de este trabajo de grado se basa en la aplicación de una propuesta de ahorro de energía para incrementar la eficiencia energética de las plantas de Propilco S.A. La propuesta consta de 5 etapas. En la primera etapa se definen las metas y alcances del proyecto. En la segunda etapa se identifican las fuentes de ineficiencias energéticas. La tercera etapa desarrolla un portafolio de trabajo que permita superar las ineficiencias energéticas identificadas en la etapa anterior. En la cuarta etapa de la estrategia se implementan los trabajos físicos planeados en la etapa 3. Por último, la quinta etapa propone hacer una evaluación constante de la eficiencia energética. Para desarrollar la estrategia de ahorro de energía, fue necesario apoyarse en algunas teorías básicas, como los conceptos sobre gestión energética y la teoría de las máquinas eléctricas. Estos conceptos son empleados para la evaluación del sobrecosto que tiene el desperdicio de la energía eléctrica. Para evaluar la eficiencia energética en los motores eléctricos, se emplean dos métodos, el método del porcentaje de carga y el método de las desviaciones de voltaje. Las pérdidas de energía en el transformador se calculan teniendo en cuenta el índice de carga del transformador y el factor de potencia promedio y el deseado. Las recomendaciones para ahorrar energía se hacen en torno al sistema eléctrico, sin embargo también se hacen algunas observaciones sobre mejores prácticas en el proceso productivo para ahorrar energía.

ESTRATEGIA PARA EL AHORRO DE ENERGÍA EN LAS PLANTAS DE POLIPROPILENO DEL CARIBE S.A – PROPILCO

LUIS CARLOS DE JESÙS MARRIUGO CASTILLO

Director: EFRAÍN ANTONIO PÉREZ ROJAS

Profesor Asociado a la Universidad Nacional de Colombia

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y MECÁNICA FACULTAD DE MINAS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLÍN

Semestre: 02 – 2007

ABSTRACT Keywords: energy saving, energy efficiency, electrical machinery, energy cost overrun. The central theme of this paper grade is based on the application of a proposed energy savings to increase the energy efficiency of Propilco’s plants. The proposal consists of 5 stages. The first phase will define the goals and scope of the project. In the second phase identifies sources of energy inefficiencies. The third phase is developing a portfolio of work that will overcome the energy inefficiencies identified in the previous stage. In the fourth stage of the strategy are implemented physical work planned in phase 3. Finally, the fifth stage intends to make a continuous assessment of energy efficiency To develop the strategy of saving energy, it was necessary to rely on some basic theories, concepts such as energy management and the theory of electrical machines. These concepts are used for the evaluation of cost overrun that is the waste of electricity. To evaluate the energy efficiency of electric motors, two methods are used, the method of loading rate and the method of voltage deviations. Losses of energy in the transformer are calculated taking into account the rate of the processor load and power factor and the average desired. The recommendations for saving energy are around electrical system, however also makes some observations on best practices in the production process to save energy.

INTRODUCCIÓN Debido al impacto que tiene el alto costo de la energía en las plantas de Polipropileno del Caribe S.A – Propilco, se ha tomado la decisión de implementar propuestas de ahorro de energía que ayuden a reducirlo, buscando con ello, aunque de manera indirecta, mejorar los márgenes competitivos de la compañía. Las políticas energéticas de Propilco S.A, no solamente tienen un carácter económico o competitivo, también se pretende contribuir con la conservación y preservación de los recursos naturales, de manera que se pueda garantizar su oferta en el futuro e incluso, poder aspirar a mejores precios. La propuesta a desarrollar para el ahorro de energía en Propilco S.A, tiene carácter de ser una propuesta de desarrollo sostenido, es decir que se busca lograr un equilibrio entre el uso de los recursos naturales y las necesidades del hombre, por lo tanto se tiene como objetivo central incrementar la eficiencia energética de las plantas de Propilco S.A, disminuyendo los desperdicios de energía, pero sin que ello implique el sacrifico de la calidad de los productos. La propuesta de ahorro de energía que se desarrolla en este trabajo consta de cinco etapas importantes. En la primera se definen las metas y los alcances que se aspiran lograr, la segunda busca identificar las fuentes de ineficiencias energéticas y evaluar los impactos técnicos y económicos que representan, en la tercera se enumeran algunas recomendaciones para suprimir, al menos de manera parcial las deficiencias energéticas encontradas, en la cuarta etapa se evalúan los resultados de los trabajos que se han llevado a cabo para optimizar la eficiencia energética y por ultimo en la quinta etapa se enumera otra serie de recomendaciones para evitar que los problemas que se procuro resolver con las propuestas de optimización energética se vuelvan a presentar. Básicamente esto es lo que compone la estrategia de ahorro de energía que se va a implementar en Propilco S.A.

OBJETIVO GENERAL Realizar una propuesta para incrementar la eficiencia energética de las plantas de Polipropileno Del Caribe S.A – Propilco.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Procurar una reducción del índice de energía específico de la planta, buscando con esto una mayor productividad con un menor consumo energético.

2. Identificar oportunidades para mejorar la eficiencia energética de las

plantas de Propilco S.A 3. Proponer solución a los problemas de ineficiencias energéticas que se

identifiquen. 4. Proponer una rutina de trabajo que permita observar la evolución del

consumo energético de las plantas, en el corto mediano y largo plazo.

1. CONCEPTOS BÁSICOS En este primer capítulo se detallan algunos conceptos e ideas básicas necesarias que se deben tener en cuenta para poder desarrollar la propuesta de ahorro de energía. 1.1 Diagrama de flujo del proceso productivo. En la figura1 se muestra el diagrama de flujo del proceso. La descripción de cada una de sus etapas se describe en el anexo 1.

Figura 1. Diagrama de flujo del proceso

1.2 Gestión energética El concepto de gestión energética se puede agrupar en dos visiones desde el punto de vista macro. La primera supone que es el mercado el instrumento mediante el cual se logra la gestión óptima y la segunda supone que es el estado como ente planificador que garantiza la optimización de los recursos energéticos [e-URE].

Desde el punto de vista micro (empresa) la gestión energética se traduce en un programa de optimización de energía, con el cual se definen estrategias y se toman acciones para disminuir los consumos de energía, sin sacrificar calidad, buscando los niveles de máxima productividad [e-URE]. 1.3 Indicadores energéticos y control de objetivos. Los indicadores energéticos son elementos que permiten hacer una evaluación regular de los consumos históricos para encontrar la eficiencia energética de los procesos. Con ellos se pueden establecer las prioridades en el ahorro y observar cambios en los consumos de acuerdo con las mejoras que se hagan. Existen varios tipos de indicadores energéticos, pero en este caso se ha escogido como indicador el índice de energía especifico. 1.3.1 Índice de energía especifico. El índice de energía especifico se define como el consumo de energía sobre unidades producidas (kW-h / Tm) y es utilizado para referenciar los consumos globales en un proceso productivo. Las comparaciones que se hagan con este indicador deben corresponder a procesos del mismo sector productivo que utilicen una técnica de fabricación similar. 1.4 Estrategia para el ahorro de energía en Propilco S.A. A continuación se plantea una estrategia de ahorro de energía que pretende identificar ineficiencias energéticas en las plantas de Propilco S.A y proponer soluciones a los problemas encontrados. La organización de la estrategia de ahorro de energía se basa en los conceptos de la gestión energética desde el punto de vista micro (empresa) y procura disminuir los consumos energéticos sin sacrificar la calidad de los productos. Las etapas de la estrategia son las siguientes: • Identificación de los alcances del proyecto: Antes de proceder a

desarrollar la estrategia, se debe dimensionar de forma general cuales son los alcances que va a tener el proyecto en el corto mediano y largo plazo. Se debe buscar un apoyo de la administración de la planta para facilitar su implementación. En este ítem se definen los procedimientos metas y alcances que se van a tener.

• Identificar los desafíos para mejorar la eficiencia energética: Desarrollar

estudios analíticos para identificar las oportunidades de eficiencia energética, es decir se deben realizar estudios para calcular los requerimientos energéticos mínimos de un sistema individual o grupal y compararlos con las condiciones que normalmente operan y poder así identificar fuentes de ineficiencias energéticas y de pérdidas de energía.

• Implementación de un portafolio de trabajo: se debe implementar un plan de trabajo que oriente y dirija los estudios anteriores. Algunas recomendaciones para eso son las siguientes [EERE]:

o Validación y verificación de los beneficios específicos que traerán

consigo el uso de tecnologías emergentes en el desarrollo del plan.

o Diseminación de prácticas de uso racional y eficiente de la energía. o Investigación y desarrollo de las nuevas tecnologías que se quieren

implementar, es decir se debe recolectar una serie de información técnica suministrada por los fabricantes de equipos y de las normativas vigentes, donde se especifique como se puede obtener la eficiencia óptima en el uso de los equipos eléctricos.

• Realización de los trabajos físicos que permitan el ahorro de energía:

En esta fase de la estrategia es donde se presenta el desarrollo físico del proyecto de ahorro de energía, en esta etapa se hace la implementación de los cambios propuestos. Se debe tener especial apoyo del departamento de ingeniería encargado del mantenimiento de la planta para hacer de manera correcta los cambios e instalaciones necesarias. Una mala instalación o un mal montaje pueden generar nuevos problemas de ineficiencias energéticas o crear problemas que no existían anteriormente [EERE].

• Vigilancia permanente: Una vez que se hayan desarrollado los pasos

anteriores, se debe hacer una inspección en periodos breves de tiempo que permitan verificar como va evolucionando la eficiencia energética [EERE].

Es posible que después de aplicar la estrategia de ahorro de energía se sigan observando problemas de ineficiencias energéticas, en tal caso se deben reevaluar en primera instancia las etapas 3 y 4 de la estrategia de ahorro de energía y a partir de eso se sacan nuevas conclusiones. 1.5 Sistemas energéticos Existen diferentes tipos de sistemas energéticos en la industria que involucran diferentes tipos de energía, como los que se listan a continuación: • Sistema de combustión. • Sistema de refrigeración y aire acondicionado. • Sistema de aire comprimido. • Sistema de bombeo y ventilación. • Sistema eléctrico industrial

• Torres de enfriamiento. Para el desarrollo de este trabajo se ha seleccionado el sistema eléctrico industrial para llevar a cabo la implementación de la estrategia de ahorro de energía, por tal razón se profundiza en este sistema. Sin embargo, en el transcurso del desarrollo del trabajo se toca de manera muy superficial algunos de los otros sistemas. 1.6 Descripción de los componentes del sistema eléctrico industrial. El sistema eléctrico industrial esta compuesto por el sistema de distribución (conductores), el sistema de iluminación, el sistema motriz y el sistema de transformación. Debido a la gran cantidad y capacidad de motores que hay en Propilco y debido al tamaño y capacidad de los transformadores de sus plantas, solamente se hace un desarrollo minucioso y detallado del sistema motriz y del sistema de transformación, puesto que ellos abarcan la mayor parte del consumo de energía eléctrica de la empresa. 1.6.1 Breve descripción del sistema eléctrico de Propilco. En la figura 2 se muestra el diagrama unifilar del sistema eléctrico de la empresa. Solo se muestra la distribución general.

Figura 2. Diagrama unifilar del sistema eléctrico de Propilco S.A.

El sistema eléctrico de Propilco cuenta con tres subestaciones, que son las subestaciones Unipol 1 y 2, que hacen parte de Planta 1 (Unipol) y la subestación PP3 (Targor) que hace parte de planta dos. 1.6.2 Sistema de fuerza motriz. Los motores eléctricos de inducción son aquellos que transforman la energía eléctrica que reciben en energía mecánica. En las máquinas eléctricas de inducción la energía fluye desde el estator (motor de inducción) o hacia el estator (generador de inducción). La referenciación de las principales expresiones utilizadas en los cálculos necesarios para este trabajo se muestra a continuación. En la tabla 1 se muestra el significado de cada una de las variables de estas expresiones. También se habla a cerca de algunos de los problemas que se presentan en los motores trifásicos de inducción.

DISTRIBUCION ELECTRICA PROPILCO S.A.

5 Mva 5 Mva

3.5 Mva

2.5 Mva 2.5 Mva 3 Mva 5 Mva 8 Mva

Carga 13.8 Kv

PROPAISE

SPLITTER

NUEVO GENERADOR

ELECTROCOSTA

13.8 Kv 13.8 Kv 13.8 Kv 13.8 Kv 13.8 Kv

UNIPOL NOVOLEN

5 Mva 5 Mva

3.5 Mva

2.5 Mva 2.5 Mva 3 Mva 5 Mva

Carga 13.8 Kv

PROPAISE

SPLITTER

NUEVO GENERADOR

13.8 Kv 13.8 Kv 13.8 Kv 13.8 Kv

UNIPOL NOVOLEN

Convención de las variables del sumario sobre los motores de inducción

Variable Descripción

VL [V] Voltaje de línea a la entrada del motor

Vn [V] Voltaje nominal

IL [A] Corriente de línea a la entrada del motor

In [A] Corriente nominal

Pe [kW] Potencia eléctrica activa de entrada.

Pne [kW] Potencia eléctrica nominal activa de entrada

Pn [hp] Potencia nominal del motor en hp.

Pu [kW] Potencia útil del motor

Qe [kVARS] Potencia eléctrica reactiva de entrada.

Se [kVA] Potencia eléctrica aparente de entrada

φ Factor de potencia de entrada

ηM Eficiencia del motor

Load Porcentaje de carga del motor

%∆V Porcentaje de desviación de voltaje del motor

Vprom [V] Voltaje de línea promedio del motor

Vn Voltaje nominal del motor

Vdesvmax [V] Voltaje de máxima desviación

Idesvmax [A] Corriente de máxima desviación

Iprom [A] Corriente de línea promedio del motor

F [Hz] Frecuencia de trabajo, 60Hz

φi Factor de potencia inicial

φf Factor de potencia final

h numero del armónico

Tabla 1. Descripción de las variables de las formulas de los motores. • Potencia Eléctrica activa de entrada (Pe): Es la potencia eléctrica activa

absorbida de la red. Se calcula con la expresión 1.1 [MORA Y ARDANUY, 2005]:

)Cos(IV3P LLe ϕϕϕϕ==== (1.1)

• Potencia Eléctrica reactiva de entrada (Qe): Es la potencia eléctrica

reactiva absorbida de la red. Se calcula con la expresión 1.2 [MORA Y ARDANUY, 2005]:

)Sen(IV3Q LLe ϕϕϕϕ==== (1.2)

• Potencia eléctrica aparente de entrada (Se): es la suma vectorial de la

potencia eléctrica activa de entrada y la potencia reactiva de entrada. Su expresión es la 1.3 [MORA Y ARDANUY, 2005]:

2e

2ee QPS ++++==== (1.3)

• Porcentaje de carga (Load): se define como el cociente entre la potencia a

la cual se encuentra operando el motor y la potencia nominal o de placa. Cuando el porcentaje de carga es superior a 1, se dice que el motor se encuentra sobrecargado, la expresión para el calculo es la 1.4 [McCOY AND DOUGLASS, 2000]:

en

e

P

PLoad ==== (1.4)

• Eficiencia o rendimiento del motor (η): Es un indicador de la capacidad

que tiene un motor para convertir la potencia eléctrica activa absorbida de la red en potencia mecánica útil en el eje del motor. Algebraicamente se puede expresar con la ecuación 1.5 [MORA Y ARDANUY, 2005]:

e

uM P

P====ηηηη (1.5)

• Desviación de voltaje (%∆V): Se refiere al porcentaje de desviación que

hay entre el promedio de la medida de voltaje en las tres fases del motor y el voltaje nominal. Se calcula con la expresión 1.6 [McCOY AND DOUGLASS, 2000]:

100V

V1V%

n

PROM ××××−−−−====∆∆∆∆ (1.6)

Las normas NEMA para desviación de voltaje, establecen que el porcentaje de variación máximo es del ±5% por encima o por debajo del voltaje nominal, sin embargo entre menor sea el porcentaje de desviación de voltaje es mejor para su operación. En el estudio que se realizó se consideraron inapropiados aquellos voltajes que estuvieron un ±3% por encima o por debajo del voltaje nominal. • Desequilibrio de voltaje y corriente en el motor de inducción (Unbal):

El desequilibrio de voltaje y corriente en el motor de inducción puede calcularse con las expresiones 1.7 y 1.8 [McCOY AND DOUGLASS, 2000]:

omPr

omPrmaxDesv

V

VV)V_(Unbal

−−−−==== (1.7)

omPr

omPrmaxDesv

I

II)I_(Unbal

−−−−==== (1.8)

De acuerdo con las recomendaciones dadas por CONAE (Comisión nacional para el ahorro de energía en México), se recomienda que el porcentaje de desbalance de voltaje no sea superior al 0.5 % y el de corriente al 5 %. En el

caso de Propilco S.A, se van a considerar como inadecuados desbalances de voltaje que superen el 0.3 % y de corriente superiores al 3.5 %. 1.6.3 Sistema de transformación El sistema de transformación en la industria basa su importancia en la necesidad de garantizar un nivel de voltaje adecuado en los equipos eléctricos [e-URE]. En la tabla 2 se encuentran las convenciones de las variables de las fórmulas empleadas para los cálculos del transformador:

Convención de las variables del sumario sobre el transformador

Variable Descripción

Vp [V] Voltaje primario del transformador

Vs [V] Voltaje secundario del transformador

Ip [A] Corriente primaria del transformador

Is [A] Corriente secundaria del transformador

N Relación de transformación

C Índice de carga del transformador

Sprom [MVA] Potencia de carga aparente promedio del transformador

Sn [MVA] Potencia aparente nominal del transformador

Pprom [kW] Potencia de carga activa promedio del transformador

Pen [MW] Potencia activa de entrada nominal

φProm Factor de potencia promedio del transformador

φcorregido Factor de potencia a corregir

P0 [kW] Pérdidas de energía de vacío en el transformador

Pcu [kW] Pérdidas de energía en el cobre del transformador

ηT Eficiencia del transformador

Tabla 2. Descripción de las variables de las fórmulas de los transformadores • Tensión nominal en el primario: Tensión calculada a partir de la tensión

nominal del secundario por la relación de transformación [NTC-317 1998] • Tensión nominal del secundario: La tensión en vacío a la cual el

transformador está diseñado para entregar los kVA nominales, al cual opera y a la cual son referidas las características de desempeño [NTC-317 1998]

• Relación de transformación: La relación del número de espiras del

devanado de alta tensión a las del devanado de baja tensión [NTC-317 1998]

• Índice de carga del transformador (C): El índice de carga indica que tan

holgado se encuentra trabajando el transformador. Se puede obtener a partir de la expresión 1.9 [e-URE]:

n

omPromPr

n

omPr

S

)/P(

S

SC

ϕϕϕϕ======== (1.9)

• Eficiencia del transformador (ηT): Indica el porcentaje de la cantidad de

potencia a la entrada del primario que es capaz de transmitir el transformador a la salida del secundario. Se puede calcular a partir de la expresión 1.10 [e-URE].

CU2

0omPrn

CU2

0T PCP)(CosCS

PCP%100

++++++++ϕϕϕϕ

++++−−−−====ηηηη (1.10)

• Pérdidas de energía (PPÉRDIDAS): Pueden clasificarse en dos, las pérdidas

en el hierro y las pérdidas en el cobre. • Pérdidas de vacío ( ºP ): Son pérdidas de energía debido al material

ferromagnético del núcleo del transformador. • Pérdidas en el cobre ( CuP ): Son las pérdidas en los arrollamientos del

transformador, debido a la resistencia eléctrica de los mismos. El total de las pérdidas de energía en los transformadores se pueden estimar con la fórmula 1.11 [e-URE]. :

)100

(PCPPP omPr2

CU0PÉRDIDAS ηηηη

ηηηη−−−−====++++==== (1.11)

1.7 Métodos para estimar la eficiencia energética de los motores

eléctricos. En este trabajo se emplearon dos métodos para estimar la eficiencia energética de los motores eléctricos, el método del porcentaje de carga y el método de las variaciones de voltaje. En la tabla 3 se resume la descripción de las variables que involucran ambos métodos:

Convención de las variables sobre los métodos de estimación de la eficiencia energética en los motores eléctricos

Variable Descripción

x Porcentaje de carga al cual se encuentra trabajando el motor

x1 Porcentaje de carga inferior mas próximo a x

x2 Porcentaje de carga superior mas próximo a x

f2 Eficiencia del motor cuando trabaja a x porcentaje de carga.

fload1 Valor de eficiencia del motor cuando opera con el porcentaje de carga x1

fload2 Valor de eficiencia del motor cuando opera con el porcentaje de carga x2

kWA kW consumidos adicionalmente a las pérdidas de energía nominales.

$kWA Costo de los kWA

$/kW-h Costo del kW-h que le cobra electrocosta a Propilco S.A

t Tiempo de operación o de trabajo del motor o transformador

hp Potencia mecánica útil nominal del motor

%∆R Pérdida de rendimiento por condiciones operativas

%∆V Desviación de voltaje con respecto al voltaje nominal.

Tabla 3. Variables de los métodos de cálculo de la eficiencia en motores. 1.7.1 Método del porcentaje de carga del motor. Evalúa la eficiencia o el rendimiento del motor en función del porcentaje de carga. A continuación se habla de los aspectos que el método involucra. • Interpolación lineal para estimar f2: Para emplear este método es

necesario hacer interpolación lineal, puesto que las tablas de eficiencias del motor estándar solo vienen para valores de eficiencias del 25%, 50%, 75% y 100%. La expresión 1.12 corresponde al cálculo de la eficiencia del motor en función del porcentaje de carga por medio de la interpolación lineal. [WIKIPEDIA].

(((( ))))

12

21Load12Load2 xx

)xx(fxxff

−−−−

−−−−−−−−−−−−==== (1.12)

Es importante mencionar que se hizo una manipulación algebraica a la expresión de la bibliografía citada, para obtener la expresión anterior. • Kilowatios adicionales (kWA): Son los kW extra que se consumen

adicionalmente a las pérdidas de energía debido a la pérdida del rendimiento del motor por algunas condiciones operativas de este, como el porcentaje de carga y la variación de voltaje. Los kWA Se pueden calcular a partir de la expresión 1.13 [McCOY AND DOUGLASS, 2000]:

)f1

f1

(Loadhp746.0kW12

A −−−−××××××××××××==== (1.13)

• Calculo del sobrecosto de energía: Es el costo que tienen los kWA. Se

calculan con la expresión [McCOY AND DOUGLASS, 2000]:

AA kWt)hkW/($kW$ ××××××××−−−−==== (1.14)

El valor del KWH que le cobran a Propilco S.A es muy variable. En la figura 3 se muestra como evolucionó el valor del kW-h durante el año 2006:

Evoluciòn del KWH durante el año 2006

135,000140,000145,000150,000155,000160,000

Enero

Febre

ro

Mar

zoAbr

il

May

oJu

nio Julio

Agosto

Septie

mbr

e

Octubr

e

Noviem

bre

Diciem

bre

Meses

$KW

H

Figura 3. Evolución del precio del KWH durante el año 2006 Debido a que el valor del kW-h que debe pagar Propilco S.A es muy variable, se decide referenciar el sobrecosto de las pérdidas de energía respecto al año 2006. A manera de ejemplo, considerar las medidas eléctricas y datos de placa del motor K – 0311 expuestos en la tabla 4:

NOMBRE V-A VL12 VL23 VL31 kW kVA kVARS F.P

V (RMS) 467.44 469.1 466.35

V (Pk) 660.4 661.4 659.6

A (RMS) 61 67 60 K – 0311

A (Pk) 97 109 93

36 50.8 -35.5 0.71

f HP Vn In RPM Datos de placa

96.2 150 480 163 1785

Tabla 4. Medidas eléctricas y datos de placa del motor K- 0311 La potencia eléctrica nominal que le entra al motor es:

kW887.119%3.931507457.0

fhp746.0

Pe ====××××

====××××

====

Porcentaje de carga:

%865.33kW887.119

kW6.40PP

Loaden

e ============ .

• En la 5 [McCOY AND DOUGLASS, 2000] se encuentran plasmadas las eficiencias del motor estándar de 150 hp para diferentes porcentajes de carga, pero se debe notar que no aparece la eficiencia cuando el motor se encuentra operando al 33.865% de la carga, que es el valor al que se encuentra trabajando el motor K – 0311.

Tabla 5. Eficiencia del motor estándar en función del porcentaje de carga.

En la tabla 6 se resumen las variables que intervienen en el proceso de interpolación:

% Load Eficiencia

x2 x x1 fLoad2 f2 fLoad1

50 33.865 25 92.2 ? 86.7

Tabla 6. Variables que intervienen en la interpolación.

Efectuando los cálculos respectivos a la ecuación 1.12, se tiene que f2 = 88.65%, aplicando la ecuación 1.13, se tiene que los kWA = 1.780kW y que su costo durante el año 2006 según la ecuación 1.14 y la 3, fue de 2´280.162 $. El tiempo de operación de los motores a los cuales se les hace el estudio, en teoría debe ser continuo, y la salida de operación debe ser mínima, por eso se supone que en el mes trabajan 720 horas. Sin embargo, en la realidad esto no se cumple debido a que se presentan inconvenientes como las paradas de planta y la salida de operación del motor por mantenimiento. Por las razones anteriores y debido a la falta de una estadística confiable en este momento sobre las paradas de planta y su duración y la salida de los motores debido al mantenimiento, se asume que ellos operan constantemente (Como se indica en el libro de características de los motores de las plantas) y se asume que el tiempo de operación es de 720 horas mensuales. Método de las variaciones de voltaje: Evalúa el cambio de eficiencia en función de las variaciones de voltaje. En la figura 4 se muestra el cambio del rendimiento de los motores estándares en función del cambio de voltaje:

Figura 4. Curva de variación del rendimiento del motor en función de la caída de voltaje.

El promedio de voltaje en las tres fases del motor K – 0311 es:

63.4673

35.4661.46944.4673

VVVV 31L23L12L

omPr ====++++++++

====++++++++

====

Y por lo tanto se tiene que el porcentaje de desviación de voltaje es:

%647.2480

297.4671100

VV

1V%n

omPr ====−−−−====××××−−−−====∆∆∆∆

Como el porcentaje de variación de voltaje es inferior al 5%, para calcular el cambio de eficiencia se asume que el tramo de la curva que comprende variaciones de voltaje que están entre -5% y 0, se toman como una línea recta, debido a que el tramo es pequeño. Para calcular la aproximación lineal de la curva, se toman los puntos P1(0,0) y P2(-2,-5), la pendiente de esta ecuación es:

4.052

xxyy

m12

12 ====−−−−

−−−−====

−−−−

−−−−====

Como la recta pasa por el punto (0,0), se tiene que el intercepto es cero, por tanto la expresión que permite calcular de forma aproximada la pérdida de rendimiento en función de la variación de voltaje, cuando las variaciones de voltaje son entre el 0% y el 5% es la siguiente:

V%4.0R% ∆∆∆∆====∆∆∆∆ (1.15)

Aplicando lo anterior al motor K – 0311, se tiene:

%059.1647.24.0V%4.0R% ====××××====∆∆∆∆====∆∆∆∆

Es decir que el motor K – 0311 presenta una disminución de eficiencia del 1.059%, por lo tanto la nueva eficiencia es f2 = 95.141%. Para saber cuanto cuestan esos kW demás consumidos, nuevamente se aplican las ecuaciones 1.13 y 1.14. Los resultados de las pérdidas de energía en el motor K – 0311 debido a la pérdida de eficiencia por baja carga y por la variación de voltaje se muestran en la tabla 7. El sobrecosto de las pérdidas de energía se referencian con base en el precio del kW-h durante el año 2006.

f. en función de la carga f. en función del cambio de v.

kWA $kWA kWA $kWA

1.78 2´280.162 0.44 563.636

Tabla 7. Resumen del sobrecosto de las pérdidas de energía.

2 AUDITORIA ENERGÉTICA.

De acuerdo con la teoría desarrollada en el capitulo anterior, se lleva a cabo un proceso de auditoria energética que permitió estimar algunas de las fuentes generadoras de ineficiencias energéticas. También se definen las políticas objetivos y metas a alcanzar en el proyecto, en otras palabras en este capitulo se desarrollaron las dos primeras etapas de la estrategia de ahorro de energía. 2.1 Identificación de los alcances del proyecto. El programa de ahorro de energía que ha implementado Propilco S.A, busca reducir el impacto que tiene el costo de la energía en la fabricación del producto y también procura contribuir a la preservación de los recursos naturales por medio de un uso racional y mesurado de la energía. El programa de ahorro de energía implementado en Propilco S.A involucra los siguientes aspectos: • Análisis de los consumos históricos de energía y definición de las metas a

lograr. • Estudio de consumos y desempeños individuales que tienen algunos de los

equipos y a partir de ello plantear oportunidades de mejora en función de incrementar la eficiencia energética en su operación.

• Plantear condiciones de operación de las plantas de producción, que

redunden en un menor consumo de energía, sin sacrificar la calidad del producto o la continuidad en la producción.

• Análisis de la red eléctrica para verificar la calidad de la energía eléctrica

que se le suministra a Propilco S.A. 2.1.2 Metas definidas para el consumo de energía en PROPILCO S.A.

Teniendo en cuenta que el consumo promedio de energía específica (kW-h/TM) durante el 2006 fue de 438.0 kW-h/TM en planta 1 y de 388.0 kW-h/TM para planta 2, se define como meta buscar una reducción del 5% de la cantidad de energía específica consumida. En la figuras 5 y 6 se ha graficado la evolución del consumo de energía específica que se tuvo durante el año 2006 y en el periodo comprendido entre enero y septiembre del año 2007, en ellas también se puede apreciar como se encuentran las plantas con relación al índice meta.

INDICES DE ENERGIA DE LAS PLANTAS

300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

500

EN

ER

O

FE

BR

ER

O

MA

RZ

O

AB

RIL

MA

YO

JUN

IO

JUL

IO

AG

OS

TO

SE

PT

IEM

BR

E

OC

TU

BR

E

NO

VIE

MB

RE

DIC

IEM

BR

E

kWH

/Tm

INDICE DE ENERGIA PLANTA 1 INDICE DE ENERGIA PLANTA 2

INDICE META PLANTA 1 INDICE META PLANTA 2

Figura 5. Evolución del consumo global de energía especifica para Planta 1 y Planta 2 durante el año 2006.

INDICES DE ENERGIA DE LAS PLANTAS

300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

500

EN

ER

O

FE

BR

ER

O

MA

RZ

O

AB

RIL

MA

YO

JUN

IO

JUL

IO

AG

OS

TO

SE

PT

IEM

BR

E

kWH

/Tm

INDICE DE ENERGIA PLANTA 1 INDICE DE ENERGIA PLANTA 2

INDICE META PLANTA 1 INDICE META PLANTA 2

Figura 6. Evolución del consumo global de energía especifica para Planta 1 y Planta 2 en los meses comprendidos entre Enero y Septiembre del 2007.

Es importante aclarar que se definió como meta disminuir en un 5% el consumo promedio de energía especifica, sin embargo de acuerdo con estudios realizados con el e-URE en Colombia se ha llegado a la conclusión de que el sistema eléctrico de las plantas industriales posee un potencial de ahorro del 3%, por tanto se dice que la reducción del índice de energía no solo abarca el sistema eléctrico de la planta sino otros sistemas como el sistema de aire comprimido, el sistema de vapor, el sistema de refrigeración, etc. Todas las ineficiencias y deficiencias que se presenten en estos sistemas repercuten directamente en la facturación de energía. 2.2 Identificar los desafíos para mejorar la eficiencia energética Para examinar cuales son las causas que generan problemas de ineficiencias energéticas, se llevo a cabo un proceso de auditoria energética, que se desarrolla en esta sección. Lo primero que se hizo fue recolectar una serie de medidas de las variables eléctricas mas importantes de algunos equipos y luego se procedió a realizar un diagnóstico que permitió identificar fuentes de ineficiencias energéticas de forma general y posteriormente se señaló cuales son los equipos que se veían afectados por los problemas identificados. 2.2.1 Sistema motriz. El análisis al sistema motriz se dividió en cuatro partes. La primera trata sobre el análisis de los CCM, la segunda sobre la interpretación de las medidas eléctricas de los motores de unipol 1 y 2 cuando producen homopolímeros Ramdon, la tercera también trata de los motores de Unipol 1 y 2 pero cuando producen homopolímeros de Impacto y la cuarta es la interpretación de las medidas eléctricas de los motores de PP3, que siempre producen homopolímeros Ramdon. 2.2.1.1 Interpretación de las medidas eléctricas de los CCM En la tabla 8 se muestran las medidas eléctricas de los CCM de unipol 1 y 2, cuando en Planta 1 se producen homopolímeros Ramdon:

Medidas eléctricas de los CCM Unipol 1 y 2 (Ramdon)

CCM V- A VL12 VL23 VL31 KW KVA KVAR F.P % Unb (V) % Unb (I)

V (RMS) 471.7 470 469.69 1

A (RMS) 527 536 523 361.3 430.9 -234.7 0.84 1.39 6.26

V (RMS) 469.95 471.11 469.12 2

A (RMS) 88 90 90 53.8 73 -45.8 0.78 0.22 1.49

V (RMS) 465.56 466.68 464.21 3

A (RMS) 401 430 407 285 332.7 -171.6 0.86 0.27 4.2

V (RMS) 467.6 469.45 467.02 4

A (RMS) 392 407 396 268 323 -179.3 0.83 0.3 2.18

V (RMS) 467.14 469.07 467.07 5

A (RMS) 112 115 117 78.2 93.1 -50.5 0.84 0.3 1.6

V (RMS) 471.76 473.7 471.46 6

A (RMS) 18 19 19 11.6 15.3 -10.1 0.75 0.3 3.57

V (RMS) 468.14 470.22 467.68 7

A (RMS) 61 65 63 37.9 51.3 -34.7 0.74 0.33 3.17

V (RMS) 470.59 471.85 469.76 8.2

A (RMS) 129 134 120 93.9 104.2 -45.1 0.9 0.2 7

V (RMS) 475.4 476.37 474.25 8

A (RMS) 373 366 374 262.6 305.3 -155.7 0.86 0.23 1.35

V (RMS) 475.35 476.91 474.86 10

A (RMS) 100 107 103 74.5 85.1 -41 0.88 0.25 3.55

V (RMS) 479.79 482.85 478.78 31

A (RMS) 697 728 700 487.1 589.7 -332.3 0.83 0.49 2.79

V (RMS) 479.22 482.39 478.17 32

A (RMS) 676 707 697 522.2 576.8 -244.9 0.91 0.5 3.1

Tabla 8. Medidas eléctricas CCM Unipol 1 y 2 cuando en Planta 1 se producen homopolímeros Ramdon. Observaciones: • En los CCM de Unipol 1 y 2 se pueden observar algunos aspectos

importantes: Primero se están presentando caídas de voltajes significativas en los barrajes a la entrada de los alimentadores, cuyo valor es cercano al 3% del voltaje nominal del barraje del CCM (480V). De acuerdo con algunos estándares internacionales como la IEEE, la variaciones de voltaje en los CCM no debe ser superior al 5% para garantizar en el campo que a los motores les llegue los 460V nominales, sin embargo entre menor sea la caída de voltaje mejor puesto que ello contribuye a disminuir las pérdidas de energía por efecto Joule en los alimentadores y conductores del motor. Para el caso que se esta analizando, el CCM 3 es el mas afectado.

• Los CCM 1, 3, 6, 7, 8.2 y 10 presentaron desbalances de corriente

superiores al 3.5% y los CCM 1, 4, 5, 6, 7 y 31 presentaron desbalances de

voltajes superiores al 0.3%. Notar que si se corrobora con las medidas del desbalance de corriente que aparecen en la tabla 12, se ve que los motores que hacen parte de los CCM 1 y 3 también presentan desbalances de corrientes con valores similares a los del alimentador del CCM. Lo mismo ocurre en el caso del desbalance de voltaje para los motores que pertenecen a los CCM 1, 4 y 7.

• A excepción del CCM 8.2 y el CCM 32, todos los demás presentaron

valores del factor de potencia inferiores a 0.9. Los casos más graves que se destacan es el del CCM 6 con un factor de potencia de 0.75 y el del CCM 7 con un factor de potencia de 0.74, sin embargo en general se recomienda hacer un estudio mas detallado sobre los problemas que están ocasionando el bajo factor de potencia. El valor del factor de potencia para los demás CCM osciló entre 0.83 y 0.88. Cuando en los barrajes de los alimentadores se presenta un bajo factor de potencia, se incrementan las corrientes de línea, lo cual contribuye al aumento de las pérdidas de energía por efecto joule y al envejecimiento prematuro de los conductores de los motores. En la tabla 9 se muestran las medidas eléctricas de los CCM de Unipol 1 y 2, cuando en Planta 1 se producen homopolímeros de Impacto:

Medidas eléctricas de los CCM Unipol 1 y 2 (Impacto)

CCM V- A VL12 VL23 VL31 KW KVA KVAR F.P % Unb (V)

% Unb (I)

V (RMS) 466.31 467.37 464.69 1

A (RMS) 730 783 723 503.7 601.9 -329.4 0.84 0.31 5.5

V (RMS) 465.87 466.68 464.23 2

A (RMS) 84 89 83 52.6 68.6 -44 0.77 0.29 4.3

V (RMS) 459.79 461.18 458.19 3

A (RMS) 606 652 616 433.3 497.9 -245.2 0.87 0.33 4.48

V (RMS) 473.96 475.55 473.95 4

A (RMS) 392 404 404 273.3 328.7 -182.7 0.83 0.22 2

V (RMS) 472.27 474.64 472.83 5

A (RMS) 116 121 119 79.7 97.3 -55.8 0.82 0.3 2.2

V (RMS) 472.52 474.75 473.36 6

A (RMS) 6 7 6 2.6 5.1 -4.3 0.52 0.3 4.9

V (RMS) 474.97 477.36 475.55 7

A (RMS) 64 69 68 42.9 55.2 -34.7 0.78 0.3 3.8

V (RMS) 464.33 464.97 464.05 8

A (RMS) 373 382 381 263.3 303.9 -151.7 0.87 0.4 1.8

Tabla 9. Medidas eléctricas CCM Unipol 1 y 2 cuando en Planta 1 se producen homopolímeros de Impacto.

Observaciones:

• Al igual que en el caso del CCM anterior, se observaron caídas de voltaje. Las caídas de voltaje son superiores en este caso, puesto que llegan a valores del 4.2% del voltaje nominal del barraje del alimentador del CCM (480V) y redundaron en el aumento de las corrientes de línea y las pérdidas de energía, ocasionando una serie de problemas que ya fueron descritos anteriormente. Los CCM mas afectados por las caídas de voltajes son los CCM 2, 3 y 8, siendo el CCM 3 el de mayor porcentaje de desviación de voltaje (4.2%). Notar que los motores que hacen parte de estos CCM también presentan caídas de voltaje con valores similares a los de los alimentadores.

• El desbalance de corriente y voltaje también es importante que se le tenga

en cuenta. Los que presentan mayor desbalance de corriente corresponden a los CCM 1, 2, 3, 6 y 7. El desbalance de voltaje supero el 0.3% en todos los CCM de este caso, a excepción de los CCM 2 y 4.

• El valor del factor de potencia en ningún CCM de este caso llega a 0.9.

Oscila entre 0.78 y 0.87, aproximadamente. El caso mas grave fue el del CCM 6, cuyo factor de potencia es de 0.52.

En la tabla 10 se muestran las medidas eléctricas de los CCM de PP3, cuando en Planta 2 se producen homopolímeros Ramdon:

Medidas eléctricas de los CCM PP3 (Ramdon)

CCM V- A VL12 VL23 VL31 KW KVA KVAR F.P % Unb(V) % Unb (I)

V (RMS) 468.83 471.26 468.18 50

A (RMS) 229 241 225 162.3 188.7 -96.3 0.86 0.39 4.03

V (RMS) 467.61 469.87 466.96 51

A (RMS) 211 217 214 136.2 190 -107.8 0.78 0.37 1.4

V (RMS) 468.79 470.98 468.1 52

A (RMS) 87 91 88 54.4 72.2 -47.4 0.75 0.36 2.63

V (RMS) 467.98 470.36 467.49 53

A (RMS) 134 133 135 86.2 108.8 -66.3 0.79 0.37 0.75

V (RMS) 462.3 464.49 461.22 54

A (RMS) 613 651 635 424.4 507.5 -278.4 0.84 0.39 3.16

V (RMS) 464.53 467.04 463.74 55

A (RMS) 616 659 640 425.9 514.4 -288.5 0.83 0.42 3.5

V (RMS) 468.08 470.7 467.72 56

A (RMS) 550 562 545 384 448.3 -231.2 0.86 0.4 1.75

V (RMS) 468.82 471.22 468.49 57

A (RMS) 202 208 200 146 165.2 -77.3 0.88 0.36 2.3

Tabla 10. Medidas eléctricas CCM PP3 cuando en Planta 2 se producen homopolímeros Ramdon. Observaciones.

• Se observa básicamente lo mismo que en los dos casos anteriores, es decir hay caídas de voltaje, desbalances de corriente, desbalance de voltaje y bajo factor de potencia. Las caídas de voltaje son mayores en los CCM 54 y el CCM 55. El desbalance de corriente de los CCM 50 y 55, el desbalance de voltaje supero el valor límite establecido para el caso de todos los CCM. El factor de potencia en ningún caso fue superior a 0.9 y el valor mas critico fue de 0.75.

2.2.1.2 Interpretación de los resultados de las medidas eléctricas de los

motores de Unipol 1 y 2 cuando en Planta 1 se producen homopolímeros Ramdon.

En la tabla 11 se muestran algunos datos de placa de los motores que pertenecen a este grupo y en la tabla 12 el registro de las medidas de las principales variables eléctricas. La tabla 13 resume algunos datos necesarios para el cálculo de los sobrecostos de las pérdidas de energía:

Datos de Placa importantes motores Unipol 1 y 2 (Ramdon)

CCM Tap Descripción HP n (RPM) f (%) In

G-0446 Bomba de transporte de agua tratada 60 3550 91.9 70,3

G-0402 Bomba de Circulación de Agua de torre 250 1780 93.8 229 1

K-1102 Compresor de Nitrógeno 100 1785 92.3 111

G-7008G Bomba del sistema de agua de la peletizadora 60 1785 91.9 73.3 2

Y-7010 Secador de pellets 20 1755 89.6 24.6

K-0308 Soplador de transporte de pellets hacia los silos de Almacenamiento

150 1785 93.1 150

K-0311 Soplador de transporte de pellets hacia empaque 150 1785 93.1 150 3

G-2012 Bomba de Propileno al reactor 125 3545 92.46 125

Y-0400F1M Ventilador de la torre de enfriamiento de Agua 100 1785 92.3 115 4

G-0401 Bomba de recirculación de agua de torre 250 1780 93.8 229

7 G-5269 Bomba de propileno recuperado. 50 3510 87.3 38

G-0216 Bomba de propileno (de mayor capacidad) 120 1785 92.50 0 8

G-0403 Bomba de agua de torres No. 3 250 1780 93.80 279

K-0303 Soplador Aire de Transporte 250 1785 93.80 265

K-0307A Soplador Aire de Desodorización 200 1785 94.20 220 31

K-0307B Soplador Aire de Desodorización 200 1785 94.20 220

Tabla 11. Datos de placa importantes del grupo de motores de Unipol 1 y 2 cuando en Planta 1 se producen homopolímeros Ramdon

Medidas eléctricas de los motores Unipol 1 y 2 (Ramdon)

CCM Tap V/A L12 V/A L23 V/A L31 Prom %Unb V/I

%In Pe (kW)

Qe (kVAR)

φ Pen (kW)

% Load

465.32 466.65 464.08 465.35 0.28 G-0446

33 36 33 34.00 5.88 48.36 20.6 -18.1 0.75 48.69 42.31

471.08 472.87 470.53 471.49 0.29 G-0402

217 223 211 217.00 2.76 94.76 149.1 -95.8 0.84 198.75 75.02

468.51 469.8 467.08 468.46 0.30

1

K-1102 78 80 78 78.67 1.69

70.845 40.6 -49.1 0.64 80.79 50.25

467.3 469.38 466.87 467.85 0.33 G-7008G

67 71 88 68.67 3.4 96.86 45.3 -32.3 0.81 48.69 93.05

469.47 468.43 467.39 468.43 0.22 2

Y-7010 10 12 11 11 9.09

48.78 5.2 -7.2 0.59 16.65 31.24

468.37 469.78 467.27 468.47 0.28 K-0308

122 130 123 125 4 77 88.7 -48.7 0.88 119.9 73.99

467.44 469.1 466.35 467.63 0.31 K-0311

61 67 60 62.67 6.91 38 36 -35.5 0.71 119.9 30.03

465.29 467.98 465.33 466.2 0.38

3

G-2012 123 130 123 125.33 3.72

99 89.4 -50 0.87 129 88.81

471.97 473.86 471.78 472.54 0.28 Y-0400F1M

78 81 81 80 2.50 69.67 55 -35 0.84 80.79 68.08

467.8 469.76 467.41 468.32 0.31 4

G-0401 218 219 210 215.67 2.63

94.18 146.9 -95 0.84 198.75 73.91

468.39 466.47 466.35 467.07 0.28 7 G-5269

34 35 34 34.33 1.94 92.11 19.4 -19.77 0.7 40.7 47.66

468.8 467.5 466.32 467.54 0.27 G-0216

126 125 129 126.67 1.84 0 85.8 -56.2 0.84 96.74 88.69

470.93 469.19 468.12 469.41 0.32 8

G-0403 236 244 243 241 2.07

87.46 174.3 -89.8 0.89 198.8 87.7

483 481.63 480 481.54 0.37 K-0303

110 108 116 111.33 4.19 56.47 75 -54.32 0.81 19.616 38.25

482.05 478.78 478.67 479.83 0.46 K-0307A

116 124 111 117 6 53.18 77.8 -58.5 0.8 157.11 49.52

483.9 480.63 480.6 481.71 0.45

31

K-0307B 145 156 148 149.67 4.3

68.03 105 -67.6 0.84 157.11 66.83

Tabla 12. Medidas eléctricas del grupo de motores de Unipol 1 y 2 cuando en Planta 1 se producen homopolímeros Ramdon

Datos del motor Pérdidas de energía en función del cambio de Voltaje

Pérdidas de energía en función del porcentaje de carga

CCM Tap HP f (%) %∆V %∆R f2 kWA $kWA LOAD (%)

%∆R f2 kWA $kWA

G-0446 60 91.9 3.05 1.22 90.68 0.28 0.359 42.31 6.23 85.67 1.5 1.922

G-0402 250 93.8 1.77 0.71 93.09 10.98 14.066 93.77 -0.4 94.2 -0.79 -1.013 1

K-1102 100 92.3 2.4 0.96 91.34 0.43 0.551 50.25 0.9 91.4 0.4 0.513

G-7008G 60 91.9 2.53 1.01 90.89 0.5 0.641 93.05 0.2 91.7 0.1 0.128 2

Y-7010 20 89.6 2.41 0.96 88.64 0.06 0.077 31.24 4.56 85.04 0.28 0.351

K-0308 150 93.3 2.4 0.96 92.34 0.923 1.182 73.99 0.42 92.88 0.4 0.513

K-0311 150 93.3 2.58 1.03 92.27 0.4 0.512 30.03 4.650 88.65 1.89 2.421 3

G-2012 125 92.6 2.88 1.15 91.45 1.124 1.440 88.81 0.13 92.47 0.13 0.167

Y-0400F1M 100 92.3 1.55 0.62 91.68 6.73 8.621 68.08 0.4 91.9 0.24 0.308

4 G-0401 250 93.8 2.43 0.97 92.83 11.41 14.616 92.39 -0.4 94.2 -0.62 -0.794

7 G-5269 30 86.5 2.69 1.08 85.42 0.25 0.320 74.98 -0.8 87.3 -0.18 -0.231

G-0216 120 92.5 2.6 -1.04 91.46 0.974 -1.248 88.69 0.04 92.46 0.04 -0.051 8

G-0403 200 93.8 2.21 -0.88 92.92 1.66 2.127 103 0.6 93.2 1.12 1.435

K-0303 250 93.8 0.36 0.14 93.66 0.159 0.204 38.25 2.23 91.57 1.852 2.373

K-0307A 192 94.2 0.03 0.01 94.19 0.01 0.013 49.52 1.1 93.1 0.89 1.138 31

K-0307B 192 94.2 0.36 0.14 94.06 0.159 0.204 66.32 1.24 93.1 1.24 1.589

Tabla 13. Datos para el cálculo del sobrecosto de las pérdidas de energía cuando planta 1 produce homopolímeros Ramdon. Observaciones. • Pérdidas de energía en función del porcentaje de carga: De acuerdo

con las tablas anteriores (las tablas 11, 12 y 13), se puede observar que el motor con mayor impacto en el sobrecosto de las pérdidas de energía (cuando se calculan con el método del porcentaje de carga) la tuvo el motor K – 0311, con un sobrecosto de pérdidas de 2.421 millones de pesos durante el año 2006 y con 1.89kWA. Otros motores que también presentaron alto sobrecosto en las pérdidas de energía fueron el motor K – 0303 con 1.852 kWA lo cual tuvo un sobrecosto de 2.373 millones de pesos durante el año 2006 y el motor G – 0446 con 1.5 kWA, cuyo sobrecosto de pérdidas fue de 1.922 millones de pesos. El sobrecosto total de las pérdidas de energía durante el año 2006 fue de 11.1305 millones pesos para este caso. También debe tenerse en cuenta que el hecho de tener funcionando algunos motores de la planta en porcentajes de carga en el intervalo del 75% y el 95% de la capacidad nominal representa un ahorro para la compañía de 2.089 millones de pesos durante ese mismo año.

• Pérdidas de energía en función del cambio de voltaje: El costo total de

las pérdidas de energía calculadas con el método de la variación de voltaje durante el año 2006 fue de 44.933 millones de pesos. El mayor sobrecosto en las pérdidas de energía lo tuvo el motor G – 0401 con 11.41 kWA que representaron un costo de 14.616 millones de pesos durante el año 2006 para este caso. Este valor corresponde al 32.5% del total de las pérdidas. Otros dos motores con alto sobrecosto en las pérdidas de energía fueron

los motores G – 0402 y Y – 0400f1M, con sobrecostos de pérdidas durante el año 2006 de 14.066 y 8.621 millones de pesos respectivamente. El sobrecosto de las pérdidas de energía del motor G – 0402 y Y – 0400f1M representan el 50.49% del sobrecosto total.

• Desequilibrio de voltaje y corriente: El desequilibrio de voltaje causa

desequilibrio en las corrientes de línea del motor. El desequilibrio en las corrientes de línea del motor genera corrientes de secuencias negativas desbalanceadas, con magnitud superior a las corrientes que normalmente circularían. El flujo magnético que genera estas corrientes de secuencia negativa se opone al flujo magnético de secuencia positiva de la máquina, contribuyendo con esto a que se generen pares frenantes en el motor, que van a redundar en vibraciones, sobrecalentamientos, pulsaciones en el torque y sobrecorrientes en una o dos de las fases, contribuyendo todo esto al incremento del consumo de energía debido a que el motor debe hacer un mayor esfuerzo para compensar el contra esfuerzo que ejerce el par frenante en la máquina. En el caso que se analiza, la gran mayoría de los motores están presentando porcentajes de desbalances de voltaje y corriente por encima del límite establecido en la sección 1.6.1. El motor que presento mayor desbalance de voltaje fue el motor K – 0307A, con un porcentaje de desbalance de 0.46%. Los motores K – 0307B y G – 2012 también presentaron altos porcentajes de desbalance de voltaje, con el 0.45% y 0.38% respectivamente. El motor con mayor porcentaje de desbalance de corriente es el motor Y – 7010, con un porcentaje de desbalance de corriente del 9.09%, le siguen los motores K – 0311 y K – 0307A, con porcentajes del 6.2% y 6% respectivamente.

• Factor de potencia: El factor de potencia con el que están operando la

mayoría de los motores del caso, es inferior a 0.8. Esto de debe a condiciones de operación inapropiadas, como el bajo nivel de voltaje y el bajo porcentaje de carga, esto se puede apreciar de forma sencilla en algunos de estos motores, como el caso del motor G – 0446, que presenta una caída de voltaje del 3.05% y opera con un porcentaje de carga del 42.31%. Si se analizan algunos de los otros motores con bajos factores de potencia, se observan casos similares al motor G – 0446.

2.2.1.3 Interpretación de los resultados de las medidas eléctricas de los

motores de Unipol 1 y 2 cuando en Planta 1 se producen homopolímeros de impacto.

En la tabla 14 se muestran algunos datos de placa importantes de los motores y en la tabla 15 se muestra el registro de las mediciones eléctricas de sus principales variables. La tabla 16 resume la información necesaria para evaluar el sobrecosto de las pérdidas de energía. El cálculo de la interpolación para estimar la eficiencia energética a partir del porcentaje de carga se hizo con base en las tablas del anexo 2.

Datos de Placa importantes motores Unipol 1 y 2 (Impacto)

CCM Tap Descripción HP n (RPM) f (%) In

K-1102 Compresor de Nitrógeno 100 1785 92.3 111.00

G-0402 Bomba de Circulación de Agua de torre 250 1780 93.8 229.00

G-0447 Bomba de transporte de agua tratada 60 3550 92.4 70.30

G-4304 Bomba de agua al cooler R2 100 880 90.2 111

1

G-4004 Motor de bomba de agua cooler gases de ciclo 150 890 93.6 115.00

K-0309 Soplador de transporte de pellets hacia los silos de Almacenamiento 150 1785 96.2 89.49

Y-0400F2M Ventilador de la torre de enfriamiento de agua 100 1785 94.1 95.34

K - 0311 Soplador de transporte de pellets hacia empaque 150 1785 96.2 61.64

K-0308 150 1785 96.2 71.45

3

G-2012 Bomba de Propileno al reactor 125 3545 92.6 99.12

G-0211 Bomba de refuerzo de propileno 50 3545 88.5 61.00 4

G-0401 Bomba de agua de Torre No.1 250 1780 93.8 229.00

Tabla 14. Datos de placa más importantes del grupo de motores de Unipol 1 y 2 cuando en Planta 1 se producen homopolímeros de Impacto.

Medidas eléctricas de los motores Unipol 1 y 2 (Impacto)

CCM Tap V/A L12 V/A L23 V/A

L31 Prom %Unb V/I %In Pe

(kW) Qe

(kVAR) φ Pen (kW)

% Load

466.15 467.16 464.34 465.88 0.33 K-1102

99 102 97 99.33 2.68 89.49 53.2 -60 0.66 80.82 65.82

464.55 465.66 462.65 464.29 0.35 G-0402

218 224 213 218.33 2.60 95.34 149.6 -91.9 0.85 198.8

3 75.24

467.91 468.96 466.34 467.74 0.30 G-0447

43 45 42 43.33 3.85 61.64 29.8 -19.4 0.85 48.44 61.52

466.19 467.12 464.42 465.91 0.32 G-4304

77 80 81 79.33 2.94 71.45 29.9 -56.8 0.47 82.71 36.15

466.53 467.44 464.67 466.21 0.33

1

G-4004 160 168 157 161.67 3.92

99.12 106.8 -74.7 0.82 119.55

89.33

458.47 459.48 456.76 458.24 0.32 K-0309

82 86 81 83 3.61 50.92 55.4 -35.2 0.84 116.3 47.63

465.1 466.25 463.42 464.92 0.32 Y-0400F2M 79 84 80 81 3.7

70.43 55.4 -34.6 0.85 79.28 69.88

464.18 465.49 462.39 464.02 0.33 K - 0311

98 103 96 99 4.04 60.74 68.4 -40.8 0.86 116.3 58.8

464.18 465.49 462.39 464.02 0.33 K-0308

113 117 113 114.33 2.33 70.14 80.2 -43.3 0.88 116.3 68.95

459.59 461.19 457.55 459.44 0.41

3

G-2012 133 133 130 132 1.52

100 93.6 -49.1 0.89 100.7 92.95

476.11 479.16 476.76 477.34 0.38 G-0211

31 35 34 33.33 7

54.64

20.4 -18.7 0.74 42.15 48.4

477.52 480.24 478.07 478.61 0.34 4

G-0401 215 215 217 215.67 0.62

94.18

152.1 93.5 0.85 198.8 76.5

Tabla 15. Medidas eléctricas del grupo de motores de Unipol 1 y 2 cuando en Planta 1 se producen homopolímeros de Impacto.

Datos del motor Pérdidas de energía en función del cambio de Voltaje

Pérdidas de energía en función del porcentaje de carga

CCM Tap HP f (%) %∆V %∆R f2 kWA $kWA LOAD (%)

%∆R f2 kWA $kWA

K-1102 100 92.3 2.94 1.18 91.12 0.69 0.884 65.82 0.9 91.4 0.52 0.666

G-0402 250 93.8 3.27 1.31 92.49 2.12 2.716 75.24 -0.4 94.2 -0.64 -0.820

G-0447 60 92.4 2.55 1.02 91.38 0.33 0.423 61.52 2.9 89.5 0.97 1.243

G-4304 100 90.2 2.94 1.17 89.03 0.39 0.500 36.15 2.7 87.5 0.92 1.179

1

G-4004 150 93.6 2.87 1.15 92.45 1.33 1.701 89.33 1.16 9.44 1.34 1.717

K-0309 150 96.2 4.83 1.81 94.39 1.06 1.360 47.63 4.52 91.68 2.73 3.497

Y-0400F2M

100 94.1 3.14 1.26 92.54 0.75 0.961 69.88 1.18 92.92 0.7 0.897

K-0311 150 96.2 3.33 1.33 94.87 0.96 1.230 58.8 3.7 92.5 2.74 3.510

K-0308 150 96.2 4.28 1.71 94.49 1.45 1.857 68.95 3.32 92.88 2.87 3.676

3

G-2012 125 92.6 3.67 1.47 91.13 1.51 2.790 92.95 0.1 92.5 0.1 0.128

G-0211 50 88.5 0.55 0.22 88.28 0.05 0.064 48.5 1.3 87.2 0.31 0.397 4

G-0401 250 93.8 0.29 0.12 93.68 0.19 0.243 76.5 1.4 92.4 2.3 2.946

Tabla 16. Datos para el cálculo del sobrecosto de las pérdidas de energía cuando planta 1 produce homopolímeros de Impacto. Observaciones. • Pérdidas de energía en función del porcentaje de carga: El motor que

presenta mayor sobrecosto de las pérdidas de energía es el motor K – 0308, con un sobrecosto total de 3.676 millones de pesos. Le sigue el motor K – 0311 con sobrecostos de pérdidas de 3.510 millones de pesos. Otros dos motores que también presentaron altos sobrecostos en las pérdidas de energía fueron los motores K – 0309 y G – 0401, con sobrecostos de 3.497 y 2.946 millones de pesos respectivamente. Todos estos valores de pérdidas están referenciados con los diferentes precios del kW-h durante el año 2006. El sobrecosto total de las pérdidas de energía durante el año 2006, calculadas con el método del porcentaje de carga fue de 19.856 millones de pesos. Es importante notar dos cosas: la primera es que el motor K – 0311 vuelve a tener el mayor sobrecosto individual en las pérdidas de energía cuando se calculan por este método. La segunda cosa importante que se debe mencionar, es que el sobrecosto total de las pérdidas de energía para este caso es casi el doble que en el caso anterior, lo cual permite concluir de forma rápida que cuando se trabaja Planta 1 para producir Homopolímeros de impacto, los motores operan a una rata menor de potencia.

• Pérdidas de energía en función del cambio de voltaje: El sobrecosto

total de las pérdidas de energía para este caso es de 14.689 millones de pesos durante todo el año 2006. El motor con mayor sobrecosto de las pérdidas de energía fue el G – 2012, con un sobrecosto de 2.790 millones de pesos. Los motores G – 0402 y K – 0308 también tienen un alto sobrecosto de las pérdidas de energía, con 2.12 y 1.857 millones de pesos respectivamente. En este caso, el sobrecosto total de las pérdidas de

energía fue mucho menor que en el caso anterior cuando se calcularon con este mismo método. Se debe notar también que los valores de desviación de voltaje para este grupo de motores es similar en los dos casos, y que la diferencia en las variaciones de voltaje que hay entre ellos no son muy significativas. Esto puede deberse a que ahora se le tomo registro a una menor cantidad de motores, por diversas causas, mas no porque se estén notando cambios técnicos sustanciales en los registros que se tomaron.

• Desequilibrio de voltaje y corriente: En este mismo ítem del caso anterior

se explico cuales son los inconvenientes que traen el tener voltajes y corrientes desbalanceadas en los motores. En este caso el motor con mayor desbalance de voltaje es el G – 0402 con 0.355, seguido por el motor G – 0401 con el 0.34%. El motor G – 0211 presento el mayor porcentaje de desbalance de corriente, con un porcentaje del 7%, seguido por el motor K – 0311 con el 4.04%.

• Factor de potencia: El motor con menor factor de potencia es el motor G –

4304 con un factor de potencia de 0.47. Le sigue el K – 1102, con un factor de potencia de 0.66. Notar que ambos motores trabajan con porcentajes de carga inferiores a los del intervalo recomendado (75% - 95%) y que presentan desviaciones de voltaje cercanas a los límites establecidos. Esto corrobora nuevamente la teoría plasmada en este mismo ítem para el caso anterior.

Interpretación de los resultados de las medidas eléctricas de los motores de PP3 cuando en Planta 2 se producen homopolímeros Ramdon En la tabla 17 se muestran algunos datos de placa importantes de los motores y en la tabla 18 se muestra el registro de las mediciones eléctricas de sus principales variables. La tabla 19 resume la información necesaria para evaluar el sobrecosto de las pérdidas de energía en los motores:

Datos de Placa importantes motores PP3 (Ramdon) CCM Tap Descripción HP n (RPM) f (%) In

50 20P010BM01 250 1785 92.70 273

51 20K050BM01 227 1790 92.70 260

52 20DN51M01 120 1780 92.6 138

21K061M01 MOTOR FOR BLOWER 33 3545 89.2 36,5

21K060M01 MOTOR FOR BLOWER 83 3545 91.2 91,5 53

21K050M01 268 1787 0.93 305

94K010AM01 MOTOR FOR COOLING TOWER FAN 51 890 90.2 60

94P010DM01 MOTOR FOR COOLING WATER PUMP

250 1785 92.7 273 55

94P010CM01 250 1785 92.7 273

94P010AM01 MOTOR FOR COOLING WATER PUMP 250 1785 92.70 273 56

94P010BM01 MOTOR FOR COOLING WATER PUMP

250 1785 92.70 273

Datos de Placa importantes motores PP3 (Ramdon)

40P020AM01 33 3540 89.00 39

57 20U050K1 - M01

300 3580 93.20 320

Tabla 17. Datos de placa del grupo de motores de PP3 cuando Planta 2 produce homopolímeros Ramdon.

Medidas eléctricas de los motores PP3 (Ramdon)

CCM Tap V/A L12

V/A L23 V/A L31

Prom %Unb V/I

%In Pe (kW)

Qe (kVAR)

Φ Pen (kW)

% Load

477.7 477.27 480.53 478.50 0.42º 50 20P010B

M01 86 83 81 83.33 3.20 30.53 58.1 -37.8 0.84 201.19 28.88

482.37 485.26 482.15 483.26 0.41 51 20K050B

M01 202 215 203 206.67 4.03 79.49 137.8 -104.9 0.79 182.68 75.43

475.75 478.68 475.58 476.67 0.42 52 20DN51M

01 41 48 45 44.67 8.21 32.37 18.6 -32 0.5 96.67 19.24

475,21 478,28 474,88 476,12 0,45 21K061M01 16 18 16 16,67 8,00

45.66 10.3 -9.4 0.74 27.47 37.5

483,78 487,4 484,34 485,17 0,46 21K060M01 37 39 41 39 5,13

42.62 20.5 -25.4 0.63 67.98 30.16

478 480 477,1 478,37 0,34

53

21K050M01 227 235 225 229 2,62

75.08 147.8 189.9 0.78 215.5 68.58

476,26 479,42 475,96 477,21 0,46 94K010AM01 41 41 40 40,67 1,64

67.78 13.7 -30.5 0.41 42.13 32.52

477,71 480,89 477,42 478,67 0,46 94P010DM01 217 220 219 218,67 0,76

80.1 158.5 -88.1 0.87 201.2 78.78

478,88 481,26 477,69 479,28 0,41

55

94P010CM01 230 246 232 236 4,24

86.45 170.5 -96.8 0.87 201.2 84.75

477.9 481.19 477.87 478.99 0.46 94P010AM01 244 247 239 243.33 1.78

89.13 177.6 -96.3 0.88 201.19 88.27

476.43 479.68 476.44 477.52 0.45 94P010BM01 249 247 242 246.00 1.63

90.11 180.3 -94.2 0.89 201.19 89.62

477.8 480.71 477.65 478.72 0.42

56

40P020AM01 32 34 32 32.67 4.08

83.76 22.8 -14.7 0.84 27.47 83.00

479.29 482.26 479.15 480.23 0.42 57 20U050K

1 - M01 182 203 196 193.67 6.02 60.52 145.5 -75.9 0.89 240.34 60.54

Tabla 18. Medidas eléctricas del grupo de motores de PP3 cuando Planta 2 produce homopolímeros Ramdon.

Datos del motor Pérdidas de energía en función del cambio de Voltaje

Pérdidas de energía en función del porcentaje de carga

CCM Tap HP f (%) %∆V %∆R f2 kWA $kWA LOAD (%)

%∆R f2 kWA $kWA

50 20P010BM01

250 92.70 0.31 0.124 92.58 0.08 0.103 28.88 9.53 90.00 1.74 2.229

51 20K050BM01 227 92.70 0.68 0.272 92.43 0.41 0.525 75.43 -1.70 94.40 -2.48 -3.177

52 20DN51M01

120 92.60 0.69 0.276 92.32 0.06 0.077 19.24 8.60 84.00 1.90 2.434

21K061M01

32.842 89.2 0.81 0.324 88.88 0.04 0.051 37.5 4.55 84.65 0.55 0.705

21K060M01 83.11 91.2 1.22 0.488 90.71 0.11 0.141 30.15 7.1 84.1 1.73 2.216 53

21K050M01

268.097 92.8 0.34 0.136 92.66 0.22 0.282 68.58 0.57 92.23 0.91 1.166

94K010AM01

50.938 90.02 0.58 0.232 89.79 0.04 0.051 32.52 6.8 83.22 1.12 1.435

94P010DM01 250 92.7 0.28 0.112 92.59 0.19 0.243 78.78 -1.4 94.1 -2.36 -3.023 55

94P010CM01

250 92.7 0.15 0.06 92.64 0.11 -0.141 84.75 -1.3 94 -2.36 -3.074

94P010AM01

250 92.70 0.21 0.084 92.62 0.16 0.241 88.28 -1.27 93.97 -2.40 -3.074

94P010BM01 250 92.70 0.52 0.208 92.49 0.40 0.512 89.62 -1.27 93.97 -2.44 -3.126 56

40P020AM01

32.842 89.20 0.27 0.108 89.09 0.03 0 83.01 -0.54 89.74 -0.14 -0.179

57 20U050K1 - M01

300.268 93.20 0.05 0.02 93.18 0.03 0.039 60.54 3.75 89.45 6.10 7.814

Tabla 19. Datos para el cálculo del sobrecosto de las pérdidas de energía cuando planta 2 produce homopolímeros Ramdon Observaciones: • Pérdidas de energía en función del porcentaje de carga: El sobrecosto

total de las pérdidas de energía durante el año 2006 de acuerdo a este método fue de 18 millones de pesos. El motor con mayor sobrecosto en las pérdidas de energía es el 20U050K1 – M01, con un sobrecosto de pérdidas de 7.814 millones de pesos durante el año 2006, y le sigue el motor 20DN51 – M01, con 2.434 millones de pesos. Notar que se tiene un ahorro de 15.653 millones de pesos durante el 2006 por operar algunos motores en un porcentaje de carga comprendido entre el 75% y el 95% de la capacidad nominal.

• Pérdidas de energía en función del cambio de voltaje: El sobrecosto

total de las pérdidas de energía durante el año 2006, en función del cambio de voltaje fue de 2.265 millones de pesos. Este valor es inferior a todos los valores anteriores, debido a que en el momento de efectuar las mediciones de las variables eléctricas de los motores, ya se había subido el Tap del transformador T51, que es el transformador para la red de 480V, por tanto las desviaciones de voltaje son mínimas. Es posible que esto no coincida con las mediciones de los CCM, pero eso se debe a que las mediciones tomadas en los CCM se hicieron antes del cambio del tap del transformador

T51 y las mediciones de los motores fueron posteriores a este hecho, a eso se debe la diferencia.

• El mayor desbalance de voltaje fue del 0.46%, y lo presentaron varios motores: el motor 21K060M01, 94K010AM01, 94P010DM01 y 94P010AM01. El mayor porcentaje de desbalance de corriente se presento en el motor 20DN51M01, seguido por el motor 20U050KM01, con porcentajes de desbalances de corrientes de 8.21% y 6.02% respectivamente.

• Factor de potencia: A pesar que se subió el tap del transformador T51, se

sigue observando que hay factores de potencia demasiados bajos, como en el caso de los motores 20DN51M01 y el motor 20K010AM01, los cuales presentaron factores de potencia de 0.5 y 0.41 respectivamente. Notar que la teoría formulada desde en el primer caso analizado sigue en pie, es decir que los motores que se ven sometidos a bajo voltaje o bajo porcentaje de carga, entre muchos otras posibles casas, tienden a disminuir su factor de potencia.

Sistema de transformación. El sistema eléctrico de Propilco S.A tiene 8 transformadores de potencia que alimentan la planta. La instrumentación de los transformadores T100, T200, T300 y T400 se encuentra en mal estado y descalibrada. El estudio de las pérdidas de energía se desarrolla para los transformadores T51 y T50. Transformador T51 En la tabla 20 se resume los datos de placa del transformador y en la tabla 21 y 2.15 el valor de las variables eléctricas que registra el relè de medida en el devanado primario y secundario respectivamente.

Alta tensión

S (MVA) VPrimario (kV) IPrimario (A) Z(%)

3.5 13.8 125.5 6.51

Posición TAP Conexión V (kV) I (A)

1 1 - 2 14.49 119.5

2 2 - 3 14.145 122.4

3 3 - 4 13.8 125.5

4 4 - 5 13.445 128.7

5 5 - 6 13.11 132.1

Baja tensión

V (V) 480 I (A) 3608

Tabla 20. Datos de placa del transformador T51.

Tabla 21. Registro de las medidas eléctricas en el primario del transformador T51.

Devanado secundario (T51)

Voltaje (kV) Corriente (A) Potencia (MW, MVARS)

VL1 VL2 VL3 VPROM IL1 IL2 IL3 IPROM P Q PF

480 480 480 480 2367 2367 2367 2367 -1.87 -0.63 -0.95

482 482 482 482 1921 1921 1921 1921 -1.99 -1.12 -0.96

476 476 476 476 2453 2453 2453 2453 -1.89 -0.73 -0.93

476 476 476 476 1580 1580 1580 1580 -2.04 -0.91 -0.96

475 475 475 474.5 2600 2600 2600 2600 -1.9 -0.98 -0.89

476 476 476 475.5 2568 2568 2568 2568 -1.86 -0.98 -0.89

474 474 474 473.5 2629 2629 2629 2629 -1.88 -1.01 -0.88

472 472 472 471.9 2580 2580 2580 2580 -1.88 -0.99 -0.89

475 475 475 475.3 2584 2584 2584 2584 -1.87 -0.96 -0.89

470 470 470 470.1 2677 2677 2677 2677 -1.9 -1.03 -0.88

Tabla 22. Registro de las medidas eléctricas en el secundario del transformador T51. El registro de la potencia activa y reactiva del transformador se mide en MW y MVARS respectivamente y solo con dos cifras decimales, lo cual hace que el valor de las lecturas de potencia de los reles de medida sea muy sensible considerándose la cantidad de potencia que se esta manejando. El relé de medida que hay instalado en el lado primario del transformador es marca Siemens y la marca del rele de medida del lado secundario es Power Measurements, lo cual también hace desconfiar de las medidas, debido a que un fabricante puede garantizar una mejor precisión y exactitud en la medida que otros e incluso pueden usar patrones y métodos de medición diferentes.

Devanado primario (T51)

Voltaje (kV) Corriente (A) Potencia (MW, MVARS)

VL1 VL2 VL3 VPROM IL1 IL2 IL3 IPROM P Q PF

13.8 13.8 13.8 13.8 92 92 86.1 90.03 1.91 0.66 0.95

13.8 13.8 13.8 13.8 88.4 89.2 84 87.2 2.19 0.88 0.92

13.8 13.8 13.8 13.8 88.7 82.7 85.3 85.57 1.94 0.59 0.95

13.7 13.7 13.7 13.7 92.5 91.8 87.4 90.57 2.15 0.68 0.94

13.8 13.8 13.8 13.8 1.8 118 113 116.33 2.01 1.3 0.88

13.8 13.8 13.8 13.8 95.7 97.5 87.9 93.71 1.95 1.12 0.87

13.8 13.8 13.8 13.8 97 98.3 91.5 95.6 1.89 1.11 0.86

13.7 13.7 13.7 13.7 114 118 115 115.67 1.99 1.26 0.88

13.8 13.8 13.8 13.8 94.7 93.5 91.8 93.33 1.9 1.09 0.87

13.8 13.8 13.8 13.8 97 95.9 93.1 95.33 1.94 1.11 0.87

Por estas dos ultimas razones se desconfía de las lecturas tomadas de los reles (Especialmente la información suministrada por el rele del devanado secundario) y para evaluar las pérdidas se opta mejor por usar el método propuesto en la sección 1.6.2 del capitulo anterior. En la tabla 23 se muestra el valor promedio de las potencias aparente, potencia activa, el factor de potencia (promedio), el valor nominal de las pérdidas en el hierro y en el cobre cuando el transformador funciona a plena carga:

Transformador T50

Sprom [MVA] φProm Pprom [kVA] P0 (kW) PCU (kW)

2.23 0.9 1990 3595 20.79

Tabla 23. Información adicional del transformador T51

El índice de carga del transformador se definió como,N

PROMEDIO

SS

C ==== , por lo

tanto el indice de carga es:

63175.0kVA3500

)9.0/kW1990(S

)P.F/P(

S

SC

N

PROMEDIOPROMEDIO

N

PROMEDIO ================ .

La expresión 1.10 se definió para el cálculo de la eficiencia de los transformadores, entonces la eficiencia es:

%41.99)kW790.20()63175.0(kW595.3)9.0)(kVA3500)(63175.0(

)kW790.20()63714.0(kW595.3100

PCPP.FCSPCP

%100 2

2

CU2

0N

CU2

0 ====++++++++

++++−−−−====

++++++++

++++−−−−====ηηηη

Y las pérdidas de energía se calculan con la expresión 1.11, luego:

kW12)4.99

4.99100)(kW1990()

100(PP PROMEDIOPERDIDAS ====

−−−−====

ηηηη

ηηηη−−−−====

Por lo tanto se concluye que las pérdidas de energía internas en el transformador T51 son de 12kW y que haciendo un cálculo similar al cálculo del sobrecosto de las pérdidas de energía en los motores, se dice que estas tuvieron un costo de 15.371 millones de pesos durante el año 2006. Transformador T50 En la tabla 24 se muestra los principales datos de placa del transformador y en las tablas 25 y 26 los valores que arrojan los reles de las medidas del lado primario y secundario del transformador respectivamente.

Alta tensión

S (MVA) VPrimario (kV) IPrimario (A) Z(%)

5 13.8 209.2 6,24 Posición TAP Conexión V (kV) I (A)

1 1 - 2 14.49 199.2

2 2 - 3 14.145 204.1

3 3 - 4 13.8 209.2

4 4 - 5 13.445 214.5

5 5 - 6 13.11 220.1

BAJA TENSION

V (kV) 480 I (A)

Tabla 24. Datos de placa del transformador T51

Devanado primario (T50)

VOLTAJE (kV) CORRIENTE (A) POTENCIA (MW, MVARS)

VL1 VL2 VL3 VPROM IL1 IL2 IL3 IPROM P Q PF

13.8 13.8 13.8 13.8 109 107 110 108.67 2.8 1.23 0.87

13.8 13.8 13.8 13.8 105 103 110 106.1 2.21 1.22 0.88

13.7 13.7 13.7 13.7 116 121 115 117.33 2.45 1.3 0.88

13.7 13.7 13.7 13.7 106 105 103 104.67 2.26 1.4 0.88

13.8 13.8 13.8 13.8 118 118 113 116.33 2.44 1.3 0.88

13.7 13.7 13.7 13.7 118 113 110 113.67 2.42 1.25 0.88

13.8 13.8 13.8 13.8 105 103 102 103.33 2.18 1.13 0.89

13.7 13.7 13.7 13.7 114 118 115 115.67 2.39 1.26 0.88

13.8 13.8 13.8 13.8 116 118 115 116.33 2.49 1.29 0.88

13.8 13.7 13.7 13.73 116 14 117 82.33 2.25 1.31 0.88

Tabla 25. Registro de las medidas eléctricas en el devanado primario del transformador T50.

Devanado secundario (T50)

Voltaje (kV) Corriente (A) Potencia (MW, MVARS)

VL1 VL2 VL3 VPROM IL1 IL2 IL3 IPROM P Q PF

480 480 480 480 2367 2367 2367 2367 -1.87 -0.63 -0.95

482 482 482 482 1921 1921 1921 1921 -1.99 -1.12 -0.96

476 476 476 476 2453 2453 2453 2453 -1.89 -0.73 -0.93

476 476 476 476 1580 1580 1580 1580 -2.04 -0.91 -0.96

475 475 475 474.5 2600 2600 2600 2600 -1.9 -0.98 -0.89

476 476 476 475.5 2568 2568 2568 2568 -1.86 -0.98 -0.89

474 474 474 473.5 2629 2629 2629 2629 -1.88 -1.01 -0.88

472 472 472 471.9 2580 2580 2580 2580 -1.88 -0.99 -0.89

475 475 475 475.3 2584 2584 2584 2584 -1.87 -0.96 -0.89

470 470 470 470.1 2677 2677 2677 2677 -1.9 -1.03 -0.88

Tabla 26. Registro de las medidas eléctricas en el devanado secundario del transformador T50.

Nueva mente se ve la necesidad de aplicar el método anterior para evaluar las pérdidas INTERNAS de energía en el transformador, debido a la desconfianza en los valores arrojados por el rele de medida instalado en el devanado secundario. Aplicando el método en cuestión al transformador T50, se tiene que las pérdidas internas de energía son de representaron un costo de 17.536 millones de pesos durante el año 2006. Para calcular el sobrecosto de las pérdidas de energía, se resta el valor de las pérdidas de energía por tener un factor de potencia de 0.98 y el valor promedio del factor de potencia registrado en las mediciones anteriores. En la tabla 27 se resume lo anterior:

RESUMEN

Parámetro Unidad Transformador

Potencia aparente nominal s (kVA) 5000 3500

pérdidas en vacío po (kW) 4.935 3595

Pérdidas en cobre pcu (kW) 29.70 20.79

Horas anuales de operación (h) 720 720

Costo de la energía ($/kW-h) 143

Potencia activa promedio p (kW) 2390 1990

Factor de potencia promedio ΦProm 0.88 0.90

Índice o factor de carga C 0.5432 0.63175

Eficiencia del transformador (%) 99.43 99.41

Pérdidas internas del transformador (kW) 13.70 12

Costos mensuales de operación ($/año) 17’536.000 15’371.000

Factor de potencia a corregir ΦProm (Nuevo) 0.98 0.98

Índice o factor de carga nuevo N.C 0.49 0.58

Eficiencia nueva del transformador (%) 99.47 99.5

Pérdidas internas nuevas del transformador

(kW) 12 10.59

Costos de operación año 2006 ($/año) 15’371.000 13’555.200

Reducción de las pérdidas (kW) 1.7 1.41

Ahorro mensual ($/año) 2’165.000 1’815.000

Total pérdidas por transformación año 2006

3’980.000

Tabla 27. Resumen de las pérdidas de energía en el transformador

3 PROPUESTAS Y ACCIONES TOMADAS PARA EL AHORRO DE ENERGÍA EN PROPILCO S.A.

En este capitulo se continua con los siguientes pasos de la estrategia de ahorro de energía. Se procede a desarrollar las etapas tres, cuatro y cinco. 3.1 Implementación de un portafolio de trabajo A continuación se describen algunas recomendaciones y trabajos que se deben ejecutar para superar las ineficiencias energéticas encontradas. 3.1.1 Rebobinado de motores:

Cuando a los motores se rebobinan pierden entre un 2% y un 6% de eficiencia, dependiendo de la calidad del taller que haga el rebobinado [CONAE]. Esto se debe a que los diferentes elementos que componen el motor se ven sometidos a calentamientos, golpes, esfuerzos mecánicos, etc.

En Propilco S.A se sabe que se ha mandado a rebobinar los siguientes motores, de Planta 1 y Planta 2:

• 94P010DM01 (Por lo menos una vez, pertenece a Planta 2) • G – 0401 (Por lo menos dos veces, pertenece a Planta 1) • G – 0402 (Por lo menos dos veces, pertenece a Planta 1) • G – 5269 (Por lo menos una vez, pertenece a Planta 1) • K – 0305 (Por lo menos una vez, pertenece a Planta 1) • K – 0420 (Por lo menos dos veces, pertenece a Planta 1) • K 0421 (Por lo menos una vez, pertenece a Planta 1) • K – 4003 (Por lo menos una vez, pertenece a Planta 1) • 94P010BM01 (Por lo menos una vez, pertenece a Planta 2) • G – 2014 (Por lo menos una vez, pertenece a Planta 1)

Se sabe que los motores de las bombas y compresores anteriores se han rebobinado al menos una vez, sin embargo no se sabe si es el mismo motor de la bomba o el compresor, puesto que no se ha llevado un control del ID del motor. Por ejemplo, se dice que el motor de la bomba de agua de torre G – 0401 se ha rebobinado por lo menos dos veces pero no se tiene conocimiento si se ha rebobinado dos veces el mismo motor puesto que no se ha llevado un control del ID que es el numero que identifica al motor, sin embargo la experiencia ha dicho que el motor G – 0401 se ha rebobinado como mínimo dos veces. Este es un dato que los ingenieros de Propilco tienen en mente, puesto que el motor de la bomba G – 0401 es de los motores que presentan mayores inconvenientes, pero no se puede precisar lo mismo para todos los motores.

Para ilustrar como influye el rebobinado de un motor en el sobrecosto de las pérdidas de energía, considérese nuevamente el motor G – 0401.

Del motor G – 0401 se había dicho que su rendimiento disminuye un 1.405 debido al porcentaje de carga al cual esta trabajando (Sin embargo el 76% es un porcentaje de carga aceptable, pero se demostró que la eficiencia disminuye para este motor cuando trabaja bajo esta cargabilidad, esto mas que todo depende del fabricante). La nueva eficiencia del motor es de 92.40%.

Ahora bien, se sabe que este motor ha sido rebobinado dos veces y que el rebobinado ha sido de mala calidad debido a que no ha durado mas de dos años antes de volverse a quemar, pero se siguen las recomendaciones dadas por CONAE para el calculo del sobrecosto de las pérdidas del motor, es decir se supone que por cada rebobinado la eficiencia disminuye alrededor de un 3%. Ver 7 [CONAE]

Figura 7. Disminución del rendimiento del motor estándar debido al numeró de

rebobinados. Como el motor G – 0401 se ha rebobinado por lo menos dos veces, se tiene que su eficiencia disminuye en un 6% por esta razón, si se le resta la suma de las pérdidas de rendimiento por rebobinado y por el porcentaje de carga, se tiene que el motor queda con una eficiencia final del 86.4%. Haciendo los cálculos respectivos para evaluar las pérdidas de energía, se concluye que estas tienen un sobrecosto anual de 16’919.790 millones de pesos (referenciado al año 2006), es decir que no es necesario hacer un cálculo de rentabilidad para saber que es necesario reemplazar este motor, si se sabe que el costo de uno nuevo y de alta eficiencia oscila entre 20 y 30 millones de pesos.

Por lo tanto se hacen las siguientes recomendaciones: • En lo posible evitar rebobinar los motores en mas de una ocasión: Si

no se utiliza una técnica adecuada y cuidadosa en el rebobinado, la eficiencia puede disminuir hasta en un 12% [CONAE].

• Llevar una estadística confiable de los ID de los motores que han sido

rebobinados: Se sabe que en Propilco se han rebobinado una gran cantidad de motores, tanto de Planta 1 como de Planta 2, pero no se sabe a ciencia cierta cuales son los que han sido rebobinados ni se sabe el numero de veces que fueron rebobinados, por lo tanto es muy difícil identificar cuales motores deben ser reemplazados y se dificulta la evaluación de las pérdidas de energía.

• Los motores rebobinados contribuyen a las paradas de planta: Es mas

probable que se queme un motor rebobinado que uno nuevo. En propilco el rebobinado de algunos motores no ha durado ni dos años. Cuando falla un motor de forma inesperada y no se pone en servicio rápidamente el motor suplente, se puede tener una parada de planta que va a redundar en altos costos, debido a la pérdida de materia prima cuando se ve la necesidad de ventear el (los) reactor(es) (Ventear significa votar a la atmósfera el contenido del reactor).

Si se ha tomado la determinación de que el motor debe ser rebobinado, por cualquier razón, se recomienda que al taller de rebobinado se le exija lo siguiente: • Que al material ferromagnético del motor se le coloquen láminas más

delgadas, con el fin de disminuir las pérdidas por histéresis. • Aumentar el calibre de los conductores para disminuir las pérdidas en el

cobre por efecto Joule. Para hacer esto es necesario rediseñar las ranuras del motor. Esto trae como consecuencia una disminución en la densidad del flujo y un mejoramiento en el factor de potencia.

3.1.2 Desbalance de corriente y voltaje:

Para disminuir el desbalance de corriente en los conductores de los motores se sugiere que se revise que los conductores se encuentren bien apretados, que sean iguales y que tengan el mismo tiempo de servicio para evitar que unos se encuentren mas deteriorados que otros y como consecuencia de esto los valores de sus parámetros de resistencias e impedancias sean diferentes. También se debe evitar el desbalance de voltaje, puesto que este es el principal responsable del

desbalance de corriente. Para evitar el desbalance de voltaje se recomienda hacer un chequeo de los parámetros de los barrajes a la entrada de los CCM, con el fin de verificar si estos aun conservan impedancias iguales. También se le debe exigir a la empresa prestadora del servicio de energía que garantice el menor desequilibrio de tensión posible.

3.1.3 Caída de voltaje:

La caída de voltaje contribuye al incremento de las corrientes de línea en los CCM, por lo tanto aumentan las pérdidas de energía. Las normas recomiendan una caída de voltaje del 5%, pero entre menor sea mejor. Para superar este inconveniente se recomienda elevar el tap de los transformadores de la red de 480V de Unipol 1 y 2 y de PP3.

3.1.4 Eficiencia en función del porcentaje de carga:

Se observo que algunos motores tenían porcentajes de carga muy bajos, incluso inferiores al 20% de la capacidad nominal, por lo tanto se recomienda reevaluar el proceso productivo para determinar la cantidad de potencia mínima, promedio y máxima que se demanda de los motores con baja carga, así como el tiempo de operación de esta demanda, para dimensionar correctamente sus capacidades y determinar cuales de ellos deben ser reemplazados por unos de menor capacidad o cuales pueden ser reubicados.

3.1.5 Consumo de energía en el mezclador continúo:

Se revisó el consumo de energía del Mezclador continuo del área UNIPOL y se comparó al consumo de energía en el motor de la extrusora de la línea 2, encontrándose que el índice de energía en la extrusora es menor en 10 kW-h/Tm a condiciones de operación similares. Si se tiene en cuenta que en la línea 1 de peletizado se requiere el uso de una bomba de polímero, requiriéndose mas consumo de energía, se recomienda el uso preferencial de la extrusora de la línea 2 sobre el mezclador continuo

3.1.6 Aire a los silos de almacenamiento:

Suministrar a los silos de almacenamiento aire de transporte en vez de aire de instrumentos, como medio de purga. Esto disminuye la demanda de aire de instrumentos en 5 Nm/h por silo, redundando en un menor consumo de energía en los compresores de aire de instrumentos y en un mejor aprovechamiento del aire de los compresores de transporte. Se estima un ahorro de $18’300.000,00 al año.

3.1.7 Información de reles de protección:

Diseñar sistema de transmisión de información desde los relés de protección de la subestación PP3 y Unipol 2, para tener la información actualizada de los consumos de los motores de 4.16 Kv en el DCS y poder hacer seguimiento a las condiciones de operación de estos.

3.1.8 Estudio de iluminación:

Hacer estudio de iluminación de toda la planta. En estos momentos se tiene en la noche muchas áreas iluminadas en las que no se están desarrollando actividades con frecuencia. La idea es disminuir la iluminación donde no se requiera y sectorizar el encendido de las lámparas, para que en un area determinada se encienda el alumbrado en las zonas en que realmente se necesitan.

3.2 Realización de los trabajos físicos que permitan el ahorro de energía

En esta cuarta etapa de la estrategia se llevan a cabo el desarrollo de los trabajos de montajes y modificaciones al proceso con el fin de superar los problemas de ineficiencias energéticas identificados.

3.2.1 Cambio de tap en los transformadores:

Se elevo el tap del transformador T51 durante una parada de planta 2 y se redujo un promedio de 198kW, lo cual represento un ahorro para la compañía de 237 millones de pesos al año. También se hizo la misma acción en el transformador T31 de la subestación Unipol 2. El resultado fue un ahorro promedio de 100kW que representan un ahorro anual de 130 millones de pesos. También se pretende implementar esta acción en la subestación Unipol 1 de Planta 1.

3.2.2 Cambio del dado de la extrusora de Planta 1:

Debido a los altos índices de energía que presentaba la extrusora de la línea 2 del área Unipol, se hicieron estudios de operación de la máquina, dando como resultado la necesidad de cambiar el dado de la extrusora. Con el cambio, se disminuyó el índice de energía específica promedio en 14.85 kW-h/Tm, lo que representa una disminución de 217441.62 Kw-h mensuales, por lo tanto se tiene un ahorro de $ 31’635.580,00.

3.2.3 Revisión de fugas en el sistema de aire de instrumentos:

Se realizó una revisión y corrección de fugas en el sistema de Aire de Instrumentos y Aire de Planta con lo cual se disminuyó la frecuencia de entrada en servicio del compresor de respaldo Joy.

3.2.4 Instrumentación de medida de la subestación Unipol 1:

La calibración de los instrumentos de medida de voltaje, corriente, potencia activa, reactiva y factor de potencia de esta subestación se encuentra descalibrada y en mal estado. Se hizo orden de trabajo al departamento eléctrico para que procedan a resolver este problema.

3.3 Vigilancia permanente A continuación se dan algunos consejos para evitar en el futuro ineficiencias energéticas en los motores eléctricos, en los transformadores y en el proceso: 3.3.1 Algunas Recomendaciones Generales Para El Ahorro De Energía

En Motores Eléctricos.

El ahorro de energía en los motores eléctricos se centra el uso adecuado de los mismos, puesto que con ello se evita el incremento de las pérdidas propias de la máquina (pérdidas en el hierro, en el cobre y pérdidas por fricción) y la disminución de la eficiencia.

Las siguientes recomendaciones procuran evitar que lo anterior ocurra. Estas recomendaciones son de carácter operativo y no constructivo, por tanto son fáciles de implementar, siempre y cuando exista un juicio técnico previo que así lo permita.

Las recomendaciones para el ahorro de energía en motores eléctricos son las siguientes:

• Procurar que los motores trabajen con una potencia que se encuentre entre el 75% y el 95% de su potencia nominal. En este intervalo es que se ha demostrado que los motores trabajan con mejor eficiencia y las pérdidas de energía presentes en ellos se asemejan a las nominales de la máquina [CONAE].

• Corregir la caída de tensión en los alimentadores de los CCM de los

motores, con ello se evitara que al motor se le incremente la corriente y que se presenten sobrecalentamientos innecesarios. La caída de tensión no debe superar el 5% del voltaje nominal en el alimentador. Esto se puede evitar con el uso de conductores correctamente dimensionados y manteniendo un adecuado factor de potencia [CONAE].

• Balancear la tensión de alimentación en los motores trifásicos de corriente

alterna. El desequilibrio no debe exceder el 5%, pero mientras menor sea el desbalance la eficiencia es mayor [CONAE].

• Seleccionar los motores de acuerdo a su tipo de trabajo. Evitar accionar el motor frecuentemente, puesto que su eficiencia y sus parámetros de diseño se comienzan a ver afectados por las sobretensiones y sobrecorrientes transitorias que se presentan en el arranque. El aislamiento también sufre de forma considerable cuando se acciona el motor en repetidas ocasiones [CONAE].

• Evitar operación en vacío de los motores [CONAE]. • En el momento de hacer reemplazo de motores viejos, procurar que sean

de alta eficiencia. Los costos de los motores de alta eficiencia son altos en comparación de los motores estándares, pero la inversión se recupera en poco tiempo, debido a que las pérdidas de energía en estos son menores [CONAE].

• Cuando se requiera de un motor de gran potencia y de baja velocidad se recomiendan lo motores sincrónicos. Los costos son similares a los motores de inducción y su eficiencia es mayor entre un 3 y un 5%. Otra ventaja que tienen los motores de inducción es que contribuyen a mejorar el factor de potencia, en especial cuando trabajan con baja excitación, puesto que no generan suficientes kilovares para alimentar sus propias necesidades y por tanto absorben los kilovares de la red [CONAE].

• Compensar individualmente la energía reactiva de los motores de gran capacidad. En estos casos los condensadores son energizados y desenergizados en el momento en que se conecta o se desconecta el motor, ajustándose a los requisitos de carga total y contribuyendo a una mejor regulación de voltaje para aquellos motores de menor capacidad que obtienen su energía del mismo alimentador que otros motores de mayor tamaño. La compensación individual de potencia reactiva, también contribuye a disminuir las pérdidas de energía en los conductores del motor [CONAE].

• Procurar evitar el arranque y operación simultanea de aquellos motores de mediana y gran capacidad. Con esto se contribuye a reducir las pérdidas en los materiales conductores y a preservar la vida útil del aislamiento del motor y del conductor [CONAE].

• Evitar rebobinar los motores en mas de dos ocasiones, puesto que se

pueden variar sus características constructivas y de diseño, lo cual puede cambiar su eficiencia [CONAE].

• Poner especial cuidado a la distorsión armónica en aquellos motores que

tienen instalados variadores de velocidad electrónicos o en aquellos que se accionan con arrancadores electrónicos. En caso que la distorsión armónica se encuentre por encima de lo permitido por estándares internacionales (como la norma IEE 519/1992), será necesario instalar filtros supresores de

armónicos, puesto que estos últimos producen efectos nocivos en tanto en motores como en el sistema eléctrico de la planta [CONAE].

• Llevar un registro histórico sobre el mantenimiento del motor. En ese

registro se debe evaluar constantemente la cargabilidad, el desbalance de voltaje, de corriente y la desviación de voltaje. Esto con l fin de observar la evolución de las pérdidas de energía. También es necesario contabilizar el número de rebobinados del motor [CONAE].

3.3.2 Ahorro de energía en transformadores. Al igual que las propuestas para el ahorro de energía en los motores eléctricos, el ahorro de energía en los transformadores se obtiene principalmente en el buen uso. Las recomendaciones para ahorrar energía en transformadores son las siguientes: • Desconectar el transformador desde el primario para evitar consumir

energía por las pérdidas en vacío. • Procurar que el transformador opere con mas del 20% de la carga aplicada

para evitar el incremento de las pérdidas de energía por corrientes de fuga y las pérdidas en el hierro o el material ferromagnético del núcleo del transformador.

• Evitar la sobrecarga en el transformador. El rendimiento en un

transformador sobrecargado es menor a cuando trabaja dentro de sus condiciones nominales debido a que se incrementa el valor de las pérdidas de energía en los arrollamientos de las bobinas.

• Revisar periódicamente el nivel de rigidez dieléctrica del aceite, con el fin de

controlar la capacidad aislante y refrigerante del mismo. Cuando la temperatura del aceite supera los 55ºC, es necesario hacer una revisión del aceite [CONAE].

• Limpiar periódicamente la superficie del transformador, las aletas

disipadoras de calor, los bornes, etc. El polvo y el sucio sobre los componentes del transformador contribuyen al sobrecalentamiento innecesario. La formación de lodos en el aceite también es una de las cosas que se deben monitorear, debido a que esto contribuye a la disminución de la capacidad refrigerante y aislante del aceite.

• Llevar registros históricos sobre las actividades anteriores y observar la

evolución de los cálculos de pérdidas en el transformador. 3.3.3 Otras recomendaciones generales para ahorrar energía en el

proceso

• Rata de producción de las plantas: Correr las plantas a la mayor rata de producción posible, sin comprometer la calidad o la continuidad de la producción

• Control de alumbrado: Optimizar control de alumbrado interno a

subestaciones de la planta. Se hizo orden a mantenimiento para sectorizar alumbrado en las subestaciones y colocar interruptores para independizar cada sección.

4 CONCLUSIONES

1. Es importante el conocimiento del proceso productivo para proponer

modificaciones del mismo que permitan ahorrar energía. Notar que en las propuestas y acciones tomadas para el ahorro de energía se demostró que al proceso también se le pueden hacer modificaciones que van a redundar en menores consumos energéticos, presentando ahorros de dinero por varios millones de pesos al año.

2. Los cálculos de los sobrecostos de las pérdidas de energía difieren cuando

se emplea el método del porcentaje de carga o el método de las desviaciones de voltaje. Esto se debe a que un método supone que se presentan solo los inconvenientes que el mismo implica (Bajo factor de potencia, sobrecorrientes, etc.) y no toma en cuenta el resto de problemas que hay presentes en la máquina, por lo tanto, se recomienda que para investigaciones futuras sobre el tema, se procure desarrollar un método de eficiencia ajustada, donde los ajustes se hagan de acuerdo al grado de los problemas que este presentando el motor.

3. El calculo de los sobrecostos de las pérdidas de energía en los motores

debe entenderse como una estimación aproximada que pretende mostrar un valor lo mas cercano posible de las pérdidas de energía, pero esto no puede entenderse como algo absoluto, puesto que hay diversos factores que también repercuten en los cálculos de la eficiencia que no son tomados en cuenta, como lo es el proceso de envejecimiento.

4. El porcentaje de pérdidas internas que hay en el sistema de transformación

es pequeño a comparación del porcentaje de pérdidas que hay en el sistema motriz. Esto puede deberse a que en general los transformadores son máquinas eléctricas mucho mas eficientes que los motores. Para el caso de Propilco, los transformadores analizados tenían eficiencias nominales superiores al 99%, mientras que en los motores más eficientes su eficiencia a duras penas llegaba al 96%.

5. Es importante mantener lo mas cercano posible los valores nominales de

voltaje en el transformador, puesto que con ello se disminuye el valor de las corrientes de línea, lo cual contribuye a evitar que aumenten las pérdidas de energía por el efecto Joule. Sin embargo, se recomienda que tampoco se exceda mucho del valor nominal de voltaje, puesto que eso también tiene sus consecuencias, como lo es el deterioro del aislamiento y aumento de las pérdidas por corrientes parasitas debido a la saturación de los materiales ferromagnéticos que las componen.

6. Para obtener mejores resultados en el proceso de optimización energética,

es necesario llevar un control de las pérdidas de energía y para hacerlo se debe tener una instrumentación de medida adecuada. Se observo que la instrumentación de medida de los transformadores y motores de las celdas

de 4.160kV se encontraba en mal estado y descalibrada, razón por la cual no se pudo evaluar cabalmente sus desempeños en cuanto a su operación como máquinas eléctricas, y poder así tomar las acciones correspondientes para ahorrar energía desde la óptica de sus condiciones normales de operación en relación a las condiciones nominales.

7. Cuando se presentan las paradas de planta, se ve afectada la eficiencia de

la producción de la planta. Esto se debe a diversos factores que provocan el desperdicio de materia prima, como lo es por ejemplo el venteo de los reactores y las pérdidas en los sellos de los compresores. También la eficiencia energética se ve afectada, puesto que deben quedar en funcionamiento algunos sistemas de lubricación y los transformadores quedan operando en vacío o con baja carga.

8. Es importante llevar un orden en la información técnica de la planta, ya sea

información del proceso, información eléctrica, mecánica, etc. En este caso nos referimos al control de los ID de los motores que han sido reemplazados o rebobinados. Cuando se calculo el sobrecosto de las pérdidas de energía durante el año 2006 para el motor de la bomba G – 0401, se obtuvo un valor de 16’919.790 millones de pesos. No fue posible hacer una estimación del sobrecosto total de las pérdidas de energía debido a que en realidad no se sabe cuantos, ni cuales motores han sido rebobinados o cambiados, debido a que no se ha llevado de forma rigurosa el control del ID del motor que es el que en realidad lo puede identificar.

9. El valor del kW-h que se le cobra a Propilco S.A es muy variable, por lo

tanto fue necesario referenciar absolutamente todos los costos de las pérdidas de energía para el año 2006, puesto que si se asume un valor promedio para el kW-h se estaría introduciendo aun más errores en el cálculo de los sobrecostos de las pérdidas de energía.

10. Es importante aclarar que cuando se calcula el valor de las pérdidas de

energía se supone que la planta opera durante todo el año en el caso analizado, es decir que cuando Planta 1 produce homopolímeros de impacto u homopolímeros Ramdon se esta suponiendo que opera bajo este régimen durante todo el año. Lo anterior es falso, sin embargo lo que se busca es ilustrar de forma global el sobrecosto que hay debido a las pérdidas de energía cuando se opera la planta en un régimen u otro.

BIBLIOGRAFIA

McCOY, Gilbert A. y DOUGLAS, John G. Energy Management for Motor Driven Systems, 2000. FRAILE MORA, Jesús Y FRAILE ARDANUY, Jesús, Problemas de Máquinas Eléctricas, McGraw Hill, 2005. NTC. Norma Técnica Colombiana: NTC 317, ELECTROTECNIA. TRANSFORMADORES DE POTENCIA Y DISTRIBUCIÓN. TERMINOLOGIA ICONTEC 1998. US DOE ENERGY EFFICIENCY AND RENEWABLE ENERGY (EERE). . < Disponible en http://www1.eere.energy.gov/industry/bestpractices/ > [Consulta: 21 Sept.2007 ] Tutorial para el uso racional de la energía. < Disponible en http://www.upme.gov.co/si3ea/eure/index.html > [Consulta: 10 Oct.2007 ] CONAE. Comisión nacional para el ahorro de energía en México. < Disponible en http://www.conae.gob.mx/wb/ > [Consulta: 20 Oct.2007 ] WIKIPEDIA. Interpolación lineal. < Disponible en http://es.wikipedia.org/wiki/interpolaci%c3%b3n_lineal > [Consulta: 1 Nov.2007]

ANEXOS

Anexo 1 Descripción del proceso productivo En la figura 1 se observa el diagrama de flujo del proceso productivo de Propilco para la producción del polipropileno:

Figura A1: Diagrama de flujo del proceso

El proceso consta de varias etapas, las cuales van a ser descritas en forma breve a continuación: A1.1 Materia prima y servicios generales En el proceso de producción del polipropileno en Propilco S.A se requieren de las siguientes sustancias como materia prima para la elaboración del polipropileno en los diferentes grados: • Propileno • Etileno

• Sustancias catalizadoras y cocatalizadoras • Agentes controladores de la reacción. En materia de servicios básicos son necesarios los siguientes: • Agua desmineralizada, tratada y potable. • Vapor • Gas natural • Nitrógeno • Aire • Energía eléctrica A1.2 Almacenamiento En la producción de los homopolímeros se emplea únicamente Propileno, el cual llega a la planta en estado liquido a una temperatura de -44º C. Para la producción de Copolìmeros Random o Copolìmeros de Impacto, además del polipropileno se utiliza el etileno, que llega a la planta en estado liquido a -106 ºC. Estos hidrocarburos son almacenados en tres esferas con 2 tanques cilíndricos, con un adecuado aislamiento térmico para la preservación de su temperatura.

Figura A1.2: Esferas y tanques de almacenamiento del polipropileno y del etileno A1.3 Purificación Las materias primas que participan en la reacción de polimerización normalmente contienen impurezas tales como: agua, oxígeno, alcoholes, monóxido de carbono, etc., dichas impurezas son nocivas para el catalizador que se emplea en la reacción y por ende son retiradas usando un Tren de Purificación especialmente diseñado para cada reactante. En el proceso de Purificación se emplean básicamente operaciones de destilación y absorción

en lecho frío.

Figura A1.3: Proceso de purificación del Propileno y del Etileno. A1.4 Reacción Se tienen dos procesos de reacción, uno para la, producción de Homopolímeros y Copolìmeros Random y otro para la producción de Copolìmeros de Impacto

A1.4.1 Producción De Homopolímeros Y Copolìmeros De Impacto: El sistema de reacción consta de un Reactor, un Compresor y un Enfriador. El Reactor tiene aproximadamente 40 metros de altura y 4 metros de diámetro. La reacción se efectúa en fase gaseosa en un reactor de lecho fluidizado al cual se alimentan continuamente los reactantes y un catalizador especialmente desarrollado para la producción de polipropileno de excelente calidad. El Compresor mantiene en circulación continua los gases, succionando gases calientes del tope del reactor forzándolos a pasar a través de un Enfriador para retornarlos por el fondo del Reactor. El polipropileno sólido formado se descarga continuamente hacia el área de desgasificación.

Figura A1.4: En la derecha se observa el reactor para la producción de Homopolímeros y Copolìmeros Random, en la izquierda se muestra el compresor que se usa para la recirculación continua de los gases.

A1.4.2 Producción de Copolìmeros de Impacto: Intervienen dos reactores en serie. Este sistema de Reacción N°2 igual que el N°1 está compuesto por un Reactor, un Compresor y un Enfriador. En el Reactor N°1 se produce Homopolímeros a partir de Propileno y un Catalizador. El polipropileno formado se descarga continuamente al Reactor N°2 donde la reacción prosigue con una mezcla de Propileno y Etileno. El Copolìmero así formado se descarga hacia el área de desgasificación.

Figura A1.5: Reactor para la producción de Copolìmeros de Impacto.

A1.5 Desgasificaciòn y Peletizado Intervienen dos reactores en serie. Este sistema de Reacción N°2 igual que el N°1 está compuesto por un Reactor, un Compresor y un Enfriador. En el Reactor N°1 se produce Homopolímeros a partir de Propileno y un Catalizador. El polipropileno formado se descarga continuamente al Reactor N°2 donde la reacción prosigue con una mezcla de Propileno y Etileno. El Copolímero así formado se descarga hacia el área de desgasificación.

Figura A1.6: Edificio de paletizado planta 2.

A1.6 Recuperación

Los gases que llegan al tanque recibidor del producto contienen una gran cantidad de monómeros y para recuperarlos se le aplica compresión, enfriamiento y destilación, el propileno venteado se pasa de la fase liquida a la gaseosa y se recircula por los reactores. Cuando se usa etileno, éste se recircula hacia el sistema de reacción en estado gaseoso.

Figura A1.7: Torres de enfriamiento planta 1.

A1.7 Almacenamiento y Empaque

Después de hacer recircular el polipropileno por los reactores (proceso de recuperación de los monómeros), el producto es llevado a los silos de almacenamiento y en el laboratorio de Propilco S.A, se hacen una serie de pruebas que permitan certificar el producto como de alta calidad. Posteriormente se entrega a los clientes la cantidad de polipropileno pedida, despachada en algunas de las siguientes formas:

Al granel en carro Tolva

Supersacos de 500 kg

En bolsas de 25 kg

Figura A1.8: Área de silos y empaque.

Anexo 2 Cuadros de eficiencias para el motor estándar en función del porcentaje de carga [McCOY AND DOUGLASS, 2000]

Tabla A2.1: Eficiencia en función de la carga para motores estándares cuya

velocidad de tiene un valor próximo a los 900RPM

Tabla A2.2: Eficiencia en función de la carga para motores estándares cuya velocidad mecánica tiene un valor próximo a los 1200 RPM

Tabla A2.3: Eficiencia en función de la carga para motores estándares cuya velocidad mecánica tiene un valor próximo a los 1800 RPM

Tabla A2.3: Eficiencia en función de la carga para motores estándares cuya velocidad mecánica de tiene un valor próximo a los 3600 RPM.