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La eficiencia eléctrica en sistema de iluminación, sistemas de bombeo y motores eléctricos

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La eficiencia energética está relacionada con la cantidad de producto que se obtiene de un proceso por unidad de energía y se define como el conjunto de actividades encaminadas a reducir (u optimizar) el consumo de energía en términos unitarios, manteniendo el nivel de los servicios prestados.

Conjuntamente con considerar la incorporación de tecnologías energéticamente eficientes debe tomarse en cuenta, además, el que una opción de elevado efecto y bajo costo tiene que ver con la adopción de adecuadas prácticas de operación y mantención de los equipos, las que normalmente constituyen una de las primeras medidas que adoptan las empresas que abordan estrategias de mejoramiento de la eficiencia con que se usa la electricidad. A continuación se describen brevemente las opciones disponibles para el empresario o usuario, el proyectista y el instalador eléctrico, indicando cuando corresponda, los rendimientos habituales de los equipos estándares y eficientes.

Invertir en eficiencia energética supone un gasto de capital actual, para ahorrar costos de operación en el futuro. La tasa de descuento permite comparar cuantitativamente gastos y ahorros que ocurren en fechas diferentes. El problema consiste en definir cuál es la tasa de descuento correcta para una evaluación dada. Desgraciadamente no existe una respuesta teórica a esta pregunta. En general, esta es una decisión basada en políticas de la empresa que definen el umbral de rentabilidad a partir del cual están dispuestas a invertir.

La evaluación de los beneficios relativos de las inversiones en eficiencia energética requiere determinar los costos anuales de capital involucrados en las distintas alternativas en consideración, para ello es necesario calcular dichos costos a partir de un factor conocido como el factor de recuperación del capital. Si la vida útil de una inversión (I) es n años y la tasa de descuento adoptada por la empresa es d, el costo anual (A) se determina de acuerdo con la función siguiente:

I= [image] A/(1 + d)n, la que es una serie geométrica, cuya suma se puede calcular mediante la ecuación siguiente.

I= A * [(1 + d)n-1] / d * (1 + d)n[image]

SISTEMA DE ILUMINACIÓN

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Las estrategias de iluminación eficientes están dirigidas fundamentalmente hacia alcanzar el mayor nivel de iluminaciónpara una determinada tarea con el mínimo consumo energético. El empleo de una iluminación eficiente es uno de los caminos más rápidos, prácticos y rentables para lograr el ahorro energético en muchos países. La implantación de sistemas de iluminación eficientes en Europa podría suponer ahorros muy importantes.

La medida de la eficiencia energética de la fuente luminosa se realiza por medio de la relación entre el flujo luminoso total y la potencia de la fuente. Su unidad en el Sistema Internacional es el lumen/vatio(lm/W).

La selección de un sistema de iluminación es extraordinariamente compleja, ya que influyen un conjunto de parámetros de muy distinta índole. En forma simplificada se puede afirmar que ellos se vinculan tanto a requerimientos funcionales: exigencias de las tareas que se realizan en el área a iluminar; las respuestas al color; exigencias estéticas y encandilamiento reducido o controlado como a requerimientos técnicos: densidad lumínica, eficiencia (lúmenes/watt), sistemas de control, factor de potencia, vida útil y costo para el ciclo de vida. Igualmente, los análisis son distintos si se trata de proyectos nuevos o de optimización de los existentes. En este último caso, debe evaluarse técnica y económicamente la posibilidad de conservar parte de los componentes instalados o reemplazarlos por incompatibilidad técnica con los que se incorporan.

Por otra parte, la selección de las opciones de iluminación depende del tipo de instalación y área de uso. En efecto, algunas de las alternativas disponibles son aplicables en forma preferencial en los galpones industriales (tubos fluorescentes), otras en el alumbrado público y exteriores de plantas industriales (lámparas de sodio de alta presión), en el sector comercio (halógenas, fluorescentes compactas y tubos fluorescentes) y en las residencias, según las áreas: incandescentes en zonas de baja ocupación y con exigencias estéticas, tubos fluorescentes en cocinas y baños, y fluorescentes compactas en áreas exteriores con uso diario prolongado.

Los motivos para Diseñar un Sistema Eficiente en Iluminación son: Disminución en la emisión de contaminantes, Óptimo desempeño de la tarea, Confiabilidad, Bajo mantenimiento ($) y Bajo costo de Operación ($). Mientras que las barreras para la eficiencia en iluminación son: Temperatura y rendimiento de color, Apariencia visual de las lámparas, Control (dimmer), Harmónicos, Efectos negativos en la salud (hipotrofia semicircular), Flickers y Electro-Smog

MOTORES ELÉCTRICOS

Para una mejor comprensión de las características de los motores eficientes, en este punto, se introducen algunos elementos que relacionan el concepto de eficiencia y las fuentes de pérdidas, para luego describir los principales elementos relativos a motores eficientes.

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La eficiencia de los motores eléctricos

La eficiencia o rendimiento se puede definir como el cociente entre la potencia mecánica de salida del motor y la potencia eléctrica entregada al mismo, siendo las pérdidas la diferencia entre la potencia eléctrica y la mecánica. En el cuadro siguiente se muestra la evolución de la eficiencia de los motores a lo largo del tiempo, lo que permite estimar el rendimiento de un motor instalado en una industria o faena minera, cuando la placa no lo indica pero se conoce aproximadamente el año de fabricación o instalación.

Las distintas normas internacionales distinguen los motores eficientes de los estándar; en general, el rendimiento de los primeros, para distintos niveles de carga, es siempre superior al de los motores estándar. Sin embargo, no existe una definición única a nivel mundial y es posible apreciar; incluso, dentro de un mismo país, motores eficientes que presentan rendimientos distintos según el fabricante, respetando eso sí las normas nacionales. Una característica importante de los motores de más de 100 HP resulta ser la similitud de las eficiencias a medida que aumenta el tamaño, llegando a ser prácticamente idénticas para los motores de mayor potencia. Conviene señalar que no siempre los fabricantes que presentan las mejores eficiencias para un determinado tipo de motor (potencia, número de polos, tipo de carcaza, etc.) lideran necesariamente las eficiencias para otros tipos, por lo que se sugiere, para evaluar proyectos de eficiencia, disponer de la información acerca de las características eléctricas y de precios de los principales fabricantes internacionales.

Un factor de suma importancia en el rendimiento con que se usan los motores es el factor de carga, debido a que el rendimiento de éstos varía con dicho factor. Otro aspecto relevante a considerar es el efecto que la mantención de los motores posee sobre la eficiencia de los mismos. En efecto, la lubricación, limpieza y rebobinado afectan el rendimiento del motor. Un rebobinado inadecuado puede producir una disminución de la eficiencia de alrededor de 2% a 4% en la vida útil del motor. En general puede afirmarse que las fallas mecánicas (fallas de rodamientos, torsión de ejes, mal montaje, etc.) constituyen entre un 50 a 60% de las fallas de los motores y del orden de un 30% son fallas eléctricas (principalmente cortocircuitos y, en menor medida, barras cortadas en las jaulas de ardilla). Adicionalmente, un motor eficiente no sólo tiene un mejor rendimiento para los distintos niveles de carga, sino que además un mejor factor de potencia bajo distintas condiciones de carga.

SISTEMA DE BOMBEO

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Los sistemas bombeo representan el costo de energía más alto dentro de un organismo operador de agua potable y por lo tanto ofrecen una de las oportunidades más directas para reducir el uso de energía y los costos de operación. Para eficientar un sistema de bombeo se recomienda realizar las siguientes medidas: cambiar el equipo por un equipo de bombeo de alta eficiencia, colocar variadores de velocidad, optimizar el tren de descarga de la bomba, cambiar el diámetro de tubería al óptimo para reducir las pérdidas por fricción, y una apropiada selección de la capacidad y tamaño del equipo de bombeo de acuerdo a los requerimientos del sistema.

Clasificación de las Bombas

  • Bombas verticales tipo turbina: Las bombas verticales tipo turbina con motor externo vertical se clasifican de acuerdo a su tamaño y gasto, tal como se especifica en la Norma.
  • Bombas sumergibles: Las bombas sumergibles se agrupan de acuerdo con la capacidad expresada en l/s (litros/segundo) y están definidas en grupos como se muestra en la Norma, los motores que deben acoplarse, se agrupan de acuerdo a la potencia nominal la cual se expresa en kW.
  • Bombas de pozo profundo: Las bombas para pozo profundo se clasifican de acuerdo con la potencia nominal expresada en kW del motor eléctrico que debe acoplarse. Norma.

La eficiencia mecánica de las bombas

La eficiencia se define como el cociente entre la potencia entregada por al bomba al fluido y la potencia que recibe la bomba.

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La eficiencia mecánica de una bomba no solo depende de su diseño, sino también de las condiciones de funcionamiento, de la cabeza total y de la rapidez de flujo.

En bombas centrífugas su valor varía entre 50 y 85 %.

Conociendo la eficiencia mínima, se realiza la evaluación de eficiencias admisibles y no admisibles. Cuando no se cuente con el dato de placa relativo a la capacidad del motor, deben compararse los kW de la potencia de entrada del mismo, con el fin de determinar el mínimo porcentaje de eficiencia con que deberá operar el sistema (equipo, cárcamo de bombeo etc.)

Todos los sistemas de bombeo deben ser evaluados periódicamente con objeto de calificar su eficiencia electromecánica.

SISTEMA DE REFRIGERACIÓN Y CLIMATIZACIÓN

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Los refrigeradores, uno de los principales responsables del consumo eléctrico residencial y comercial, pueden mejorar significativamente su rendimiento, si se introducen algunas mejoras en su diseño. Pese a que dichos cambios en el diseño implican una mayor inversión para el usuario, ésta se amortiza plenamente debido al menor gasto de electricidad.

En un estudio realizado por Howard S. Geller; del American Council for an Energy-Efficient Economy de Estados Unidos, se señala que la eficiencia (medida en términos del volumen refrigerado por unidad de energía eléctrica consumida) en refrigeradores y freezers, ha mejorado un 70% en los Estados Unidos, entre los años 1972 y 1986. El costo de estas mejoras no ha sido tan elevado. Un refrigerador de alta eficiencia, en Estados Unidos, cuesta sólo un 5-10% más que uno de calidad y eficiencia medias.

De acuerdo con la experiencia internacional se puede obtener mejoras en el consumo de energía de 25 a 35%, a través de medidas cuyo costo representaría entre un 20 y 25% adicional de inversión.

La refrigeración industrial representa un importante consumo de electricidad en las industrias de alimentos, el que puede disminuirse significativamente mediante la adopción de un conjunto de medidas. Igualmente, la refrigeración constituye un importante consumo en los supermercados, un 54% según la literatura especializada. Dependiendo de sus usos, existe una gran variedad de equipos de refrigeración (diferentes niveles de temperatura, de sistemas de cierre, sistemas de refrigeración, etc.), lo que impide definir consumos medios de unidades estándar y eficientes. Por esta razón, se sugiere analizar en cada caso el uso específico y los consumos correspondientes.

Los ciclos de refrigeración industrial y comercial constituyen sistemas complejos formados por múltiples componentes, cada uno de los cuales puede dar origen a un mejoramiento de eficiencia, tales como: motores eficientes, variadores de velocidad, compresores eficientes, ciclos avanzados de refrigeración, condensadores de enfriamiento evaporativo, bombas de calor eficientes, sistemas de aislación, etc. Para equipos utilizados en la refrigeración comercial se han evaluado medidas que permiten reducir los consumos entre 15 y 50%.

Típicamente los ventiladores presentan rendimientos de 75% a 80%, ello se debe, entre otras razones, a que los fabricantes han estimado preferible asegurar la confiabilidad de los equipos por sobre la mejora de su eficiencia. En general, como en el caso de las bombas, las economías de energía en el uso de los ventiladores presuponen una regulación del flujo, una optimización de la presión estática, una modificación o redimensionamiento del ventilador; el redimensionamiento del motor eléctrico y un adecuado mantenimiento.

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Citar este texto en formato APA: _______. (2013). WEBSCOLAR. La eficiencia eléctrica en sistema de iluminación, sistemas de bombeo y motores eléctricos. https://www.webscolar.com/la-eficiencia-electrica-en-sistema-de-iluminacion-sistemas-de-bombeo-y-motores-electricos. Fecha de consulta: 7 de agosto de 2020.

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