Capítulo3-I.pdf

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
Eficiencia Energética
Cap.3. Eficiencia Energética en la
Industria
Ing. José Luis Palacios E., Ph.D.
1

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 Mejoras en la eficiencia de la caldera
Las mejoras más importantes en la eficiencia de la caldera son:
 La optimización del oxígeno/aire,
 La gestión de la carga:
 Hacer coincidir la capacidad de la caldera con la demanda de vapor
 y el mantenimiento del sistema de la caldera.
Capehart, B., Turner, W., & Kennedy, W. (2006). BOILER EFFICIENCY IMPROVEMENTS. In Guide to Energy Management (pp. 298-302). London: The Fairmont
Press.
1. Eficiencia energética en sistemas térmicos

3
 1.1 Optimización del Aire de Combustión.
 Si la cantidad de aire proporcionada no es suficiente para una combustión
completa, se pierde parte del valor calorífico potencial del combustible.
 Esto sucede, cuando hay suficiente aire para crear CO pero no CO2.
También se puede formar hollín y la caldera puede emitir humo en exceso.
 Sin embargo, si se usa demasiado aire de combustión, el exceso de aire
caliente sale por la chimenea, llevándose consigo el calor.
 La optimización de la cantidad de exceso de aire se convierte así en un
área en la que la gestión energética puede ser rentable.
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4
 La cantidad mínima de aire a usar para una combustión completa depende
de varios factores:
 el diseño de la caldera,
 la carga de la caldera,
 la condición del sistema,
 las reglamentaciones locales aplicables y más.
 La mayoría de las calderas están diseñadas para una cantidad específica
de exceso de aire.
 El diseño de la caldera también es para una carga determinada, y la carga
en una caldera puede cambiar de una hora a otra.
 Pero cuanto más exceso de oxígeno, menor es la eficiencia de la caldera y
mayor el costo del combustible.
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 Ejemplo de una curva de eficiencia de combustión y su uso
 Determinar si se debe reducir la cantidad de exceso de aire se convierte en
una cuestión que vale la pena investigar.
 Para un combustible y una caldera dados, las curvas de eficiencia de
combustión como las de la Figura 7-11 están disponibles y son útiles.
 El eje izquierdo en la parte inferior da el porcentaje de oxígeno en el gas de
combustión.

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7
 1.2 Mejora de la gestión de carga
 Otra fuente importante de ahorro de costes puede ser la gestión de la carga.
 Dependiendo de la carga total, puede ser mejor usar una caldera a plena
carga que dos a cargas parciales.
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 1.3. Mantenimiento
 El mantenimiento adecuado es necesario para el funcionamiento seguro y
eficiente de cualquier caldera.
 Las calderas con fuego y con vapor a presión son, inherentemente
peligrosas, y DEBEN CONOCERSE Y OBSERVARSE EN TODO
MOMENTO LAS PRECAUCIONES DE SEGURIDAD.
 Asegúrese de que todos los enclavamientos de seguridad estén
funcionando antes de asignar o realizar cualquier trabajo en una caldera.
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 1.3.1. Tratamiento de aguas
 Las impurezas en el agua de la caldera y el condensado devuelto pueden
causar incrustaciones en el interior de las tuberías, lo que inhibe el calor y el
flujo de material, y pueden causar corrosión.
 Las impurezas se pueden minimizar mediante el tratamiento adecuado del
agua y mediante la purga.
 El agua de purga se puede utilizar como fuente de calor para el agua
entrante o donde se desee otro calor.
 Es necesario un tratamiento continuo del agua para mantener la acidez (Ph)
en un nivel aceptable; la purga es necesaria para mantener la concentración
de lodo en el tambor de vapor a niveles aceptables.
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https://yenaengineering.nl/root-causes-of-boiler-tube-failures/

Efecto de ensuciamiento
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A&P Aguas y Procesos, www.aguasyprocesos.com

Ejercicio – Retorno de Condensado
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En una instalación industrial donde no existe retorno de condensado, se desea
estimar el ahorro energético, económico y reducción de emisiones al retornar el
condensado. Si una caldera de vapor saturado a 9 bar abs. produce 1 t/h durante 6
días a la semana las 24 horas del día durante 60 semanas de trabajo al año. Estime
los ahorros si se considera que se recuperaría, desde un enfoque conservador, el
60% de condensado de la capacidad de generación de la caldera. El agua de ingreso
a la caldera proviene de un pozo y la temperatura promedio es de 18°C. Si la
caldera utiliza bunker (PCS 40 MJ/kg) como combustible a un costo de 2.55
USD/gal. Estime el ahorro anual de combustible asumiendo una eficiencia de la
caldera de 75%. Estime el ahorro anual de agua si el costo es de aproximadamente
0,72 USD/m³. Asuma que el factor de emisión del bunker es 73,300 kg CO2/TJ con
una densidad referencial de 0,94 t/m³ y determine la reducción de emisiones. La
temperatura de retorno de condesado se espera que se dé al menos de 90 °C.

15
 1.3.2. Fugas de aire
 Otra acción de mantenimiento que debe realizarse con regularidad es la
búsqueda de fugas de aire.
 El aire ambiental que se filtra en la caldera provoca una reducción en la
eficiencia de la caldera, el aire caliente que se escapa es calor
desperdiciado.
 Las fugas ocurren con frecuencia alrededor de los sellos, donde se ha
desprendido el ladrillo refractario.
 Una presión negativa dentro de la caldera también puede causar la
infiltración de aire.
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 Para verificar si hay fugas
 Hay disponibles unidades de infrarrojos que brindan comparaciones de las
temperaturas de la superficie y, muestran dónde está dañado el aislamiento.
 También es posible utilizar humo químico.
Press

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 1.3.3. Reglas generales
 Es sumamente importante que todos los indicadores funcionen y sean
precisos.
 Los interbloqueos de seguridad deben revisarse diariamente.
 Otros componentes de la caldera que deben revisarse regularmente
incluyen
 válvulas,
 unidades de manejo de cenizas,
 bombas, quemadores
 todos los ventiladores.
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18
 Equipos de recuperación de calor residual
 Los factores que determinan qué equipo seleccionar para la recuperación
del calor residual son
 la temperatura del fluido en la fuente,
 el uso previsto para el calor residual y
 la distancia que debe transportarse el fluido calentado (si lo hay).
 Los tipos de equipos más comunes y sus usos se muestran en la Tabla 8-6.
Capehart, B., Turner, W., & Kennedy, W. (2006). Waste Heat Recovery Equipment. In Guide to Energy Management (pp. 318-324). London: The Fairmont
Press.
2. Recuperadores y regeneradores de calor

19
Press.

20
 2.1. Recuperadores
 Un recuperador es un dispositivo de transferencia de calor que pasa gas a
calentar a través de tubos que están rodeados por un gas que contiene un
exceso de calor.
Press.

21
 2.2. Ruedas de calor
 Es una gran rueda porosa que gira entre dos conductos adyacentes, uno de
los cuales contiene un gas caliente y el otro un gas más frío.
 Si el gas que se escapa está contaminado, la rueda se puede construir con
una sección de purga para que los contaminantes se eliminen de la rueda
después de que hayan cedido una parte significativa de su calor.
Press.

22
Press.

23
 2.3. Precalentadores/economizadores de aire
 En un precalentador o economizador de aire, el gas caliente que fluye a
través de una serie de canales cerrados transfiere calor al gas más frío en
los canales adyacentes.
 Permite el uso de humos calientes para precalentar el aire comburente y
reduce la cantidad de calor que debe suministrar el combustible.
Sandoya Unamuno, A. D., Chica Martínez, C. L., Raúl Ordóñez, G., & Arias Zambrano, J. L. (2018). NEC Norma Ecuatoria de la Construcción Eficiencia
Energética en Edificaciones Residenciales. Quito.

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 2.4. Bobinas circulares
 Un intercambiador de calor de serpentín circular consta de dos serpentines
de intercambiador de calor conectados por tuberías; también suele ser
necesaria una bomba.
 El fluido de intercambio de calor recoge el calor en un serpentín.
 Este método de transferencia de calor hace posible la recuperación del
calor residual cuando la fuente y el sumidero están algo separados.

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 2.5. Intercambiadores de calor de tubos con aletas
 Este tipo de intercambiador de calor es un tubo rodeado de aletas
perpendiculares.
 Las aletas ayudan a transferir el calor del tubo al aire circundante al
aumentar el área de la superficie de transferencia de calor.
 Se usa a menudo en calderas para recuperar parte del calor que de otro
modo se perdería en el gas de chimenea.
 Si el fluido que lo rodea tiene una temperatura más alta que el tubo, la
transferencia funciona de manera opuesta y transfiere calor del fluido al
material dentro del tubo.
Press.

26
 2.6. Intercambiadores de calor de tubo de calor
 Un tubo de calor es un intercambiador de calor de gas.
 Los tubos de calor se han aplicado a la eliminación de humedad en
sistemas de aire acondicionado.
 También se pueden usar como precalentadores de aire para una caldera,
como recuperadores de calor de flujos de desechos y como
intercambiadores de calor en hornos de secado y curado.
 Los tubos de calor tienen una variedad de aplicaciones en la recuperación
de calor residual industrial debido a su alta eficiencia y tamaño compacto.
Press.

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 2.7. Calderas de calor residual
 Si el gas que sale de algún proceso industrial está lo suficientemente
caliente como para vaporizar el agua o algún otro fluido de trabajo, es
posible usar una caldera de calor residual.
 Utiliza el calor residual para producir vapor que luego se puede usar
directamente en el proceso industrial.
 Se puede hacer funcionar a través de una turbina, bomba o generador para
generar electricidad o potencia en el eje.
 Los fluidos de trabajo con puntos de ebullición más bajos son cada vez más
comunes.
Press.

28
Ejercicio – Fuga de Vapor
En una instalación de vapor existe una fuga de 1/8”. Se desea evaluar las
pérdidas energéticas, económicas y ambientales de esta fuga. Para ello,
considere que la caldera produce vapor saturado a 125 psig. El agua
ingresa a 70 °C. El combustible que se utiliza es búnker con un poder
calórico de 43,1 MJ/kg y una densidad de 998,4375 kg/m³. Considere una
eficiencia del vapor hasta el punto de consumo del 70 %. Considere un
factor de emisión de 74,1 GJ/kgCO2. El costo del combustible es de
1,399567 USD/gal. Tome en cuenta que la caldera se encuentra ubicada a
nivel del mar.

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30
En RETScreen no se puede poner T agua = 70 C

31

32

33

34
Utilizando EES

35
Utilizando EES

36
Comparasión de resultados RETScreen vs. EES
RETScreen EES
Pérdida de energía (kWh/año) 185 401 163 527
Pérdida económica (USD/año) 8 702 6 463
Emisiones (tCO2/año) 71,2 62,3
dif.* ~ 12 %
dif.* ~ 26 %
dif.* ~ 13 %
*relativo al valor reportado por RETScreen
Tomando en cuenta las fugas en lb/h de SPIRAX SARCO :

37
Comparasión de resultados RETScreen vs. EES
RETScreen EES
Pérdida de energía (kWh/año) 185 401 190 111
Pérdida económica (USD/año) 8 702 7 514
Emisiones (tCO2/año) 71,2 72,5
dif.* ~ 2,5 %
dif.** ~ 14 %
dif.* ~ 1,8 %
*relativo al valor reportado por EES
**relativo al valor reportado por RETScreen
Tomando en cuenta las fugas de base de datos de RETScreen (dif. 14%):

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Ejercicio – Control de condensación
Con un NPS de 115 mm, tubería de agua refrigerada horizontal, operando
a 4.4 °C, en un ambiente de 32.2°C con 85% de humedad relativa y sin
viento. Seleccionaremos un material aislante de 454.4 °C, tubería de fibra
mineral, tipo 1, C547 y cubierta de PVC para protección. Tenga en cuenta
que aquí se elige ingresar la humedad relativa en % seleccionando el
botón apropiado. El programa calcula la temperatura del punto de rocío
de 29.4°C (también se tiene la opción de suministrar el punto de rocío o
la temperatura de bulbo húmedo).

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40

41
Observe que el grosor del aislamiento de 40 mm está resaltado en gris, lo
que indica que este es el grosor mínimo que se debe lograr. Con este
espesor, la temperatura superficial es de 30.3°C, que esta por encima del
punto de rocío. Como 30.3> 29.4, la condensación no debe ocurrir en la
superficie con 40 mm de aislamiento de tubería con cubierta de PVC.

42
 La electricidad es un portador energético que se obtiene de la
transformación energética de un portador dado.
 Si el portador utilizado para generar electricidad se extrae directamente de
los pozos de combustibles fósiles o de las minas de carbón se califica como
portador primario.
 Si el portador primario se lleva a una refinería donde se eliminan sus
impurezas y se mejora su composición química, se procesa y beneficia, se
produce un portador secundario.
 Los portadores secundarios ya tienen asociados pérdidas energéticas, las
que se producen en el proceso de refinación realizado.
Thumann, A., & Franz, H. (2009). How to Design a Lighting System. In Efficient Electrical System Design Handbook (pp. 167-199). London: The Fairmont
Press..
3. Eficiencia energética en sistemas eléctricos

43
 Entonces podemos calificar a la electricidad cómo un portador derivado de
otro portador energético que se ha transformado, que puede ser:
 un portador fósil primario,
 o un portador fósil secundario, (diesel, fuel-oil bajo azufre, GN)
 o un portador renovable primario, energía solar, eólica, hidráulica, biogás,
biomasa, etc,
 o un portador renovable secundario, cómo el biodiesel, el alcohol,
 o una fuente de energía atómica.
 El origen energético de la generación eléctrica es muy importante para el
desarrollo sostenible de la humanidad
Thumann, A., & Franz, H. (2009). How to Design a Lighting System. In Efficient Electrical System Design Handbook (pp. 167-199). London: The Fairmont Press.

44
 3.1. Eficiencia energética en iluminación
 3.1.1. Conceptos básicos de iluminación
 Hay dos métodos de iluminación comunes utilizados.
 El método del lumen asume un nivel de pie-candela igual en toda el área.
 Es el más simple.
 desperdicia energía
 El método punto por punto calcula los requisitos de iluminación para la tarea
en cuestión.
Press..

45
 Método del lumen
 El método punto por punto hace uso de la ley del inverso del cuadrado .
E = Iluminancia en footcandles
I = Intensidad luminosa en velas
D = Distancia en pies entre la fuente y el punto de cálculo.
Θ = Ángulo entre la fuente y el punto de cálculo.
Press..

46
 Método de luz
 Un footcandle es la iluminancia sobre una superficie de un pie cuadrado de
área que tiene un flujo uniformemente distribuido de un lumen.
N es el número de lámparas necesarias.
F1 es el nivel de pie-candela requerido en la tarea. Un footcandle es una medida
de iluminación: la potencia de una vela estándar se mide a un pie de distancia.
A es el área de la habitación en pies cuadrados.
Lu es la salida de lúmenes por lámpara. Un lumen es una medida de la
intensidad de la lámpara; su valor se encuentra en el catálogo del fabricante.
Press..

47
 Método de luz
L1 es el factor de depreciación de la lámpara. Tiene en cuenta que el lumen de la
lámpara se deprecia con el tiempo. Su valor se encuentra en el catálogo del
fabricante.
L2 es el factor de depreciación por suciedad de la luminaria (accesorio). Tiene en
cuenta el efecto de la suciedad en una luminaria y varía según el tipo de
luminaria y la atmósfera en la que se opera.
L3 es el factor de quemado de la lámpara
Press..

48
 Método de luz
 La fórmula del método del lumen ilustra varias formas en las que se puede
mejorar la eficiencia de la iluminación.
 los consumidores de iluminación tienen cuatro opciones:
1) reducir los niveles de luz,
2) comprar equipos más eficientes,
3) proporcionar luz cuando sea necesario en la tarea al nivel requerido, y
4) agregar control y reducir las cargas de iluminación automáticamente.
Press..

49
 3.1.2.Terminología de iluminación
 La eficacia es la cantidad de luz visible (lúmenes) producida por la cantidad de
energía (vatios) consumida.
 Es una medida de la eficiencia de un proceso.
 Pero es un término que se usa en lugar de eficiencia cuando la entrada (W)
tiene unidades diferentes a la salida (lm) y se expresa en lm/W.
 El índice de reproducción cromática (CRI) va de 0 a 100. Depende de las
longitudes de onda específicas de las que se compone la luz.
 Un cuerpo negro tiene un espectro continuo y contiene todos los colores del
espectro visible.
Press..

50
 FUENTES DE LUZ
 Para obtener la eficacia total del sistema, se deben usar los vatios de entrada
del balasto, en lugar de los vatios de la lámpara, para obtener una cifra
general de lúmenes por vatio del sistema.
 Las lámparas incandescentes tienen la eficacia de lámpara más baja de las
lámparas de uso común.
 Hay muchas aplicaciones donde el tamaño, la conveniencia, la facilidad de
control, la reproducción cromática y el costo relativamente bajo de las
lámparas incandescentes son adecuados para una aplicación específica.
 Las lámparas incandescentes de servicio general no tienen un buen
mantenimiento de lúmenes a lo largo de su vida útil.
Press..

51
 FUENTES DE LUZ
Press..

52
 FUENTES DE LUZ
 Para obtener la eficacia total del sistema, se deben usar los vatios de entrada
del balasto, en lugar de los vatios de la lámpara.
 Las lámparas incandescentes tienen la eficacia de lámpara más baja de las
lámparas de uso común.
 Hay muchas aplicaciones donde el tamaño, la conveniencia, la facilidad de
control, la reproducción cromática y el costo relativamente bajo de las
lámparas incandescentes son adecuados para una aplicación específica.
 Las lámparas incandescentes de servicio general no tienen un buen
mantenimiento de lúmenes a lo largo de su vida útil.
Press..

53
 Tipos eficientes de incandescentes para uso limitado
 La reproducción cromática han llevado a la fabricación de una serie de
lámparas incandescentes de bajo consumo para uso residencial limitado.
 Las lámparas halógenas de tungsteno se diferencian de las incandescentes
estándar por la adición de gases halógenos a la bombilla.
 Promedian una eficacia del 94 % durante su período extendido
 Pueden requerir accesorios especiales y, durante el funcionamiento, la
superficie de la bombilla alcanza temperaturas muy altas.
 Hay disponibles lámparas selladas de halógeno de tungsteno encapsuladas
que se ajustan a una base incandescente estándar para usar en el hogar.
Press..

54
 Eficiencia energética en aparatos y equipos
REGLAMENTO TÉCNICO ECUATORIANO RTE INEN 133
LAVAVAJILLAS. EFICIENCIA ENERGÉTICA Y ETIQUETADO”
Protección del medio ambiente.
 Establece los requisitos de eficiencia energética que permitirá clasificar a los
lavavajillas de acuerdo a su desempeño energético.
 Establece disposiciones sobre el etiquetado de los lavavajillas y la información
complementaria que acompañará a estos productos con el propósito de
prevenir los riesgos para:
 la seguridad y la vida de las personas,
 el medio ambiente y evitar las prácticas que puedan inducir a error a los
usuarios.
MINISTERIO DE INDUSTRIAS Y PRODUCTIVIDAD SUBSECRETARÍA DE LA CALIDAD . (2014). REGLAMENTO TÉCNICO ECUATORIANO RTE INEN 133
“LAVAVAJILLAS. EFICIENCIA ENERGÉTICA Y ETIQUETADO”. Quito.

55
 Eficiencia energética en aparatos y equipos
 Se aplica a los aparatos lavavajillas que se comercialicen en el Ecuador, sean
estos, de fabricación nacional o importados.
 Clasificación arancelaria

56
 DEFINICIONES
 Bandeja. Soporte para colocar la vajilla, cubertería y/o la cristalería en el
lavavajillas
 Ciclo. Un proceso completo de lavado, aclarado y secado, tal como esté definido para
el programa seleccionado.
 Lavavajillas. Un aparato que lava, aclara y seca la vajilla, cristalería,
cubertería y utensilios de cocina, por medios químicos, mecánicos, térmicos y
eléctricos
 Piezas de servicio. Definida como el conjunto de vajilla y cubiertos para servir.
 Punto de venta. Lugar donde se exponen o se ofrecen para la venta, alquiler o
alquiler con derecho a compra lavavajilla.

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 REQUISITOS DEL PRODUCTO
 Clase de eficiencia energética. La clase de eficiencia energética para un
lavavajillas se establecerá a partir de su índice de eficiencia energética (IEE)
establecido en la tabla 1
 El IEE se determinará como se indica en el numeral correspondiente de este
Reglamento Técnico.

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 Clase de eficiencia de secado. La clase de eficiencia de secado de un
lavavajillas se establecerá a partir de su índice de eficiencia de secado (ID),
establecido en la tabla 2.
 El índice de eficiencia de secado de un lavavajillas se determinará como se
indica en el numeral correspondiente de este Reglamento Técnico.

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 Clase de eficiencia de lavado. La clase de eficiencia de lavado de un
lavavajillas se establecerá a partir de su índice de eficiencia de lavado (IC),
que deber ser superior a 1,12.
 El índice de eficiencia de lavado de un lavavajillas se determinará como se
indica en el numeral correspondiente de este Reglamento Técnico.

60
 REQUISITOS DE ROTULADO
 Permanencia. La etiqueta de eficiencia energética debe estar adherida o
colocada en el producto ya sea por medio de un engomado o, en su defecto,
por medio de un adhesivo.
 La etiqueta de eficiencia energética debe tener la rigidez suficiente para que
no se flexione por su propio peso.
 No debe removerse del producto hasta después de que este haya sido
adquirido por el consumidor final.
 Ubicación. La etiqueta de eficiencia energética debe estar ubicada en un área
de exhibición del producto visible al consumidor o próxima a sus conexiones
para instalación.

61
 Información. La etiqueta de eficiencia energética objeto de este Reglamento
Técnico debe contener la información que se lista a continuación:
 La leyenda “EFICIENCIA ENERGÉTICA”.
 La leyenda “Lavavajillas”.
 La leyenda "Marca:“
 La leyenda "Modelo:"
 Clase de eficiencia energética
 Consumo de energía anual (AEC). Expresado en kWh al año.
 Consumo de agua anual (AWC) en litros al año.

62
 Clase de eficiencia de secado.
 Clase de eficiencia de lavado.
 Capacidad asignada. En números de cubiertos tipo para el ciclo de lavado
normal.
 Ruido acústico aéreo emitido. Expresado en dB (A).
 Dimensiones.
 Alto 14,0 cm mínimo.
 Ancho 10,0 cm mínimo.

63

64
 MUESTREO
 La inspección y el muestreo para verificar el cumplimiento de los requisitos
señalados en el presente Reglamento Técnico.
 Se deben realizar de acuerdo a lo establecido en la norma NTE INENISO
2859-1 vigente.

65
 ENSAYOS PARA EVALUAR LA CONFORMIDAD
 Consumo de energía, consumo de agua, tiempo y eficiencia energética
 Fundamento. El objeto de este procedimiento es determinar la energía
eléctrica, la energía contenida en el agua caliente si se utiliza una fuente
externa de agua caliente.
 La cantidad de aguacaliente y/o fría consumida por el lavavajillas, el
tiempo que se necesita para completar un programa particular utilizado
para medir la aptitud al lavado y la eficiencia energética.
 Procedimiento. El procedimiento debe realizarse en conformidad con el
numeral correspondiente de la norma EN 50242 vigente.

66
 El consumo de energía anual (AEc) se expresa en kWh/año:
: Consumo de energía del ciclo de lavado normal, expresado en kWh.
: Consumo de electricidad en el “modo sin apagar” del ciclo de lavado normal,
expresado en vatios.
: Consumo de electricidad en el “modo apagado” del ciclo de lavado normal,
expresado en vatios.
: Duración del programa relativo al ciclo de lavado normal, expresada en
minutos.
280: Número total de ciclos de lavado normal al año

67
 Si el lavavajillas está dotado de un sistema de gestión del consumo eléctrico,
 Si el lavavajillas vuelve automáticamente al “modo apagado” al finalizar el
programa,
 Se calcula tomando en consideración la duración efectiva del “modo sin
apagar” de acuerdo con la siguiente fórmula:
: Duración medida del «modo sin apagar» en el ciclo de lavado normal,
expresada en minutos.
280: Número total de ciclos de lavado normal al año

68
 El consumo de energía anual normalizado (SAEc) se calcula en kWh/año
del siguiente modo:
 Respecto a los lavavajillas con una capacidad asignada igual o superior a 10
cubiertos tipo y una anchura superior a 50 cm:
 Respecto a los lavavajillas con una capacidad asignada igual o inferior a 9
cubiertos tipo y los lavavajillas con una capacidad asignada superior a 9
cubiertos tipo pero igual o inferior a 11 cubiertos tipo y una anchura igual o
inferior a 50 cm:
: Número de cubiertos tipo

69
 Cálculo del consumo anual de agua:
 El consumo anual de agua (AWc) de un lavavajillas se calcula en litros según
la fórmula siguiente: :
: onsumo de agua del ciclo de lavado normal, expresado en litros
 Expresión de resultados. El ensayo se cumple cuando:
a) El valor medido del consumo de energía anual no sea mayor que el
declarado por el fabricante en más del 10%.
b) El valor medido del consumo de energía no sea mayor que el valor
declarado por el fabricante en más del 10%.
c) El valor medido del consumo de agua no sea mayor que el valor declarado
por el fabricante en más del 10%.

70
 Índice de eficiencia de secado
 Fundamento. El presente método de ensayo se aplica para medir lo bien que
el lavavajillas seca la carga.
El ensayo puede ser utilizado si el lavavajillas tiene una operación de secado
específico o no.

71
 Cálculo del índice de eficiencia de secado
 Se compara su eficiencia de secado con la de un lavavajillas de referencia,
que debe presentar las características indicadas en los métodos de medición
de vanguardia generalmente reconocidos:
,
,
, : Eficiencia de secado del lavavajillas doméstico en ensayo en el ciclo de
ensayo (i).
, : Eficiencia de secado del lavavajillas de referencia en el ciclo de ensayo (i).
n: Número de ciclos de ensayo, n ≥ 5

72
 La eficiencia de secado (D) es la media de la puntuación obtenida por cada
artículo de la carga en lo que respecta a la humedad residual una vez
finalizado el ciclo de lavado normal.
 La puntuación de humedad residual se calcula conforme a la tabla 3
 Expresión de los resultados
 El valor medido del índice de eficiencia de secado no sea menor que el
valor declarado por el fabricante en más del 19%.

73
 Índice de eficiencia de lavado
 Fundamento. El presente método de ensayo se aplica para medir lo bien que
el lavavajillas lava la carga.

74
 Cálculo del índice de eficiencia de lavado
,
,
, : Eficiencia de lavado del lavavajillas doméstico en ensayo en el ciclo de
ensayo (i).
, : Eficiencia de lavado del lavavajillas de referencia en el ciclo de ensayo (i).
n: Número de ciclos de ensayo, n ≥ 5

75
 La eficiencia de lavado (C) es la media de la puntuación obtenida por cada
artículo de la carga en lo que respecta a la humedad residual una vez
finalizado el ciclo de lavado normal.
 La puntuación de humedad residual se calcula conforme a la tabla 4
 Expresión de los resultados
 El valor medido del índice de eficiencia de lavado no sea menor que el
valor declarado por el fabricante en más del 10%.

76
 Eficiencia energética en motores y bombas
Eficiencia Energética en Motores Eléctricos Estacionarios
NTE INEN 2498:2009
 Motores eléctricos estacionarios monofásicos y trifásicos.
 Establece los valores de eficiencia energética nominal y mínima asociada, y
las características de la etiqueta informativa.
 Se aplica a motores eléctricos estacionarios de inducción, corriente alterna,
monofásicos
 tipo jaula de ardilla, enfriados con aire,
 en potencia nominal de 0,18 kW hasta 1,5 kW, de una sola frecuencia de
rotación, de 2, 4 o 6 polos,
 de fase dividida o de capacitor de arranque, abiertos o cerrados.
INSTITUTO ECUATORIANO DE NORMALIZACIÓN. (2009). EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EDIFICACIONES. REQUISITOS. NTE INEN 2 498:2009. Quito

77
 Esta norma se aplica a motores eléctricos estacionarios de inducción, de
corriente alterna, trifásicos,
 jaula de ardilla, en potencia nominal de 0,746 kW hasta 373 kW, de una
sola frecuencia de rotación,
 de 2, 4, 6 u 8 polos, de uso general, abiertos o cerrados tipo jaula de
ardilla, enfriados con aire,

78
 DEFINICIONES
 Eficiencia. La eficiencia se define como la razón entre la potencia de salida y
la potencia de entrada del motor eléctrico. Se expresa en por ciento y se
calcula con alguna de las siguientes relaciones:
 [Potencia de salida / potencia de entrada] × 100,
 [(Potencia de entrada - pérdidas) / potencia de entrada] × 100,
 [Potencia de salida / (potencia de salida + pérdidas)] × 100.
 Eficiencia nominal (η). Es el valor de la eficiencia indicado en la placa de datos
o etiqueta informativa del motor eléctrico.
 Motor eléctrico. Es una máquina rotatoria que convierte energía eléctrica en
energía mecánica.

79
 CLASIFICACIÓN
 Motor abierto
 Motor cerrado
 REQUISITOS
 Eficiencia nominal del motor. Los motores eléctricos deben tener una
eficiencia nominal a la especificada en las tablas 3 y 4.
 Eficiencia mínima asociada. Los motores eléctricos deben tener una eficiencia
a la eficiencia mínima asociada. Tablas 1 y 2.

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 INSPECCIÓN
 El muestreo se debe realizar bajo las condiciones establecidas en la NTE
INEN-ISO 2859-1.
 Aceptación y rechazo de los motores eléctricos
 Deben cumplir con la eficiencia nominal marcada por el fabricante en la placa
de datos del motor. Tablas 3 y 4.
 Aceptación: deben cumplir con lo establecido en la tabla 5 plan de muestreo.

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 INSPECCIÓN
 El muestreo se debe realizar bajo las condiciones establecidas en la NTE
INEN-ISO 2859-1.
 Aceptación y rechazo de los motores eléctricos
 Deben cumplir con la eficiencia nominal marcada por el fabricante en la placa
de datos del motor. Tablas 3 y 4.
 Aceptación: deben cumplir con lo establecido en la tabla 5 plan de muestreo.

88
 MÉTODO DE ENSAYO
Determinación de los valores de eficiencia energética
Método de prueba para motores monofásicos.
 Medición directa de las potencias de entrada y de salida del motor eléctrico
operando a carga plena y en equilibrio térmico.
 Condiciones de la prueba. La frecuencia eléctrica de alimentación para la
prueba debe ser de 60 Hz ± 0,5%.
Vi = Amplitud de cada armónica
V1 = Amplitud de la fundamental

89
 MÉTODO DE ENSAYO
Determinación de los valores de eficiencia energética
Método de prueba para motores monofásicos.
 Condiciones de la prueba.
 Las magnitudes eléctricas que varíen sinusoidalmente, deben expresarse en
valores eficaces, a menos que se especifique otra cosa.

90
 Procedimiento de prueba.
 Antes de iniciar las pruebas se deben colocar tres detectores de emperatura
por resistencia o termopares en los devanados o superficies accesibles
a. Prueba de funcionamiento
Se miden y registran:
 La tensión eléctrica de alimentación en las terminales del motor eléctrico, en V
 La frecuencia eléctrica de alimentación, en Hz
 La potencia de entrada (Pe), en kW
 El par torsional en el eje del motor eléctrico (Tm), en N·m
 La frecuencia de rotación (nm) en min-1

91
b. Carga mínima posible en el dinamómetro
 La potencia de entrada (Pmín), en kW
 El par torsional en el eje del motor eléctrico (Tmín), en N·m
 Frecuencia de rotación (nmín), en min-1
 Se verifica que la potencia de salida (Pd) demandada al motor eléctrico bajo
prueba, sea menor al 15% de su potencia nominal. Donde (Pd) en kW, se
calcula de la siguiente forma:

92
c. Prueba de operación en vacío
 La potencia de entrada (P0), en kW,
 La frecuencia de rotación (n0), en min-1

93
d. Cálculo del factor de corrección del dinamómetro (FCD)
El FCD se debe determinar cuando el dinamómetro está situado entre el motor a
probar y el transductor usado para medir el par.
d.1. El deslizamiento :
En donde:
= Frecuencia de rotación síncrona, en , y
= Frecuencia de rotación con el dinamómetro a su carga mínima medida en
el inciso b, en .

94
d.2. Se calcula el factor de corrección del dinamómetro (FCD), mediante la
siguiente fórmula:
= Frec. de rotación con el dinamómetro a su carga mín medida en el inciso b, en
.
= Frecuencia de rotación en vacío medida en el inciso c, en .
= Potencia de entrada con el dinamómetro a su carga mínima medida en el
inciso b, en kW.
= Potencia de entrada con el motor eléctrico operando en vacío, medida en el
inciso c, en kW.
= Par torsional medido en el eje del motor eléctrico con el dinamómetro a su
carga mínima, según inciso b, en N·m

95
e. Cálculo de la potencia de salida corregida
Cuando la medición del par se hace entre el motor de prueba y el dinamómetro,
las pérdidas del dinamómetro no afectan a la medición, con lo cual el FCD se
considera igual a cero.
En donde:
FCD = Factor de corrección del dinamómetro calculado en el inciso d, en N.m
= Par torsional medido en el eje del motor eléctrico a su potencia nominal, en
el inciso a en N·m.
= Frecuencia de rotación medida a la potencia nominal en el inciso a, en

96
f. Cálculo de la eficiencia
Se calcula la eficiencia (ηm) del motor eléctrico a su potencia nominal utilizando
la fórmula siguiente:
En donde:
= Potencia de entrada a la potencia nominal medida en el inciso a, en kW.
= Potencia de salida corregida a la potencia nominal, calculada en el inciso e,
en kW.

97
Método de prueba para motores trifásicos.
 Todos los motores se prueban por el método de las pérdidas segregadas
 A partir de mediciones y cálculos, se determinan las pérdidas por efecto Joule
en los devanados del estator y del rotor, las pérdidas del núcleo y las pérdidas
por fricción y ventilación.
 Las pérdidas indeterminadas se obtienen por diferencia.

98
Condiciones de la prueba
 Todos los motores se deben de probar en posición horizontal.
 La frecuencia eléctrica de alimentación para todas las pruebas debe ser la
frecuencia eléctrica nominal que se indica en la placa de datos del motor con
una variación de ± 0,5%.
 La tensión eléctrica de corriente alterna de alimentación para la prueba, debe
ser la tensión eléctrica nominal indicada en la placa de datos del motor,
medida en sus terminales, sin exceder una variación de ±0,5%, con un
desbalance máximo permitido de ±0,5%.
 La Distorsión Armónica Total (DAT) de la onda de tensión eléctrica no debe
ser mayor al 5%.

99
Método de prueba para motores trifásicos.
 La Distorsión Armónica Total (DAT) es un indicador del contenido de
armónicas en una onda de tensión eléctrica. Se expresa como un porcentaje
de la fundamental y se define como:
Vi = Amplitud de cada armónica
V1 = Amplitud de la fundamental
 Las magnitudes eléctricas que varíen sinusoidalmente, deben expresarse en
valores eficaces, a menos que se especifique otra cosa.

100
Instrumentos de medición y equipo de prueba
 Los instrumentos analógicos o digitales deben estar calibrados con una
incertidumbre máxima de ± 0,5% de plena escala.
 Los errores de los transformadores de corriente y potencial no deben ser
mayores de 0,5%.
 El dinamómetro debe seleccionarse de forma que a su carga mínima, la
potencia de salida demandada al motor no sea mayor del 15% de la potencia
nominal del mismo.
 Para evitar la influencia por el acoplamiento del motor con el dinamómetro
durante el desarrollo de las pruebas éstas deben realizarse sin desacoplar el
motor entre ellas.

101
Los instrumentos de medición, equipos y aparatos para aplicar este método de
prueba son los siguientes:
 Aparato para medir la temperatura detectada por los detectores de
temperatura por resistencia o termopares
 Multímetro a cuatro terminales, para medir resistencias bajas
 Equipo para controlar la tensión de alimentación
 Frecuencímetro, Voltímetros, Amperímetros
 Vatímetro trifásico
 Dinamómetro
 Torquimetro o aparato para medir par torsional
 Tacómetro
 Cronómetro.

102
Procedimiento de prueba
 Antes de comenzar las pruebas se deben registrar la temperatura y la
resistencia óhmica de los devanados del estator.
 Se deben instalar dentro del motor, como mínimo, dos detectores de
temperatura por resistencia o termopares, entre o sobre cada uno de los
cabezales del devanado.

103
a. Parámetros iniciales.
 Se miden las resistencias entre terminales de los devanados del estator y la
temperatura correspondiente.
1. Las resistencias entre terminales de los devanados del estator, en Ohm
2. El promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator
(ti), en °C
3. La temperatura ambiente (tai), en °C.

104
a. Parámetros iniciales.
a.1 Se designa como resistencia de referencia (Ri,), a aquélla con el valor más
cercano al promedio de las tres registradas. Por ejemplo, si:
R1-2 = 4,8 Ω R1-3 = 5,0 Ω R2-3 = 5,2Ω
Entonces el valor de la resistencia de referencia será: Ri = 5,0 Ω

105
b. Prueba para alcanzar el equilibrio térmico.
 Mediante esta prueba se determinan la resistencia y temperatura de los
devanados del motor operando a carga plena.
 Se hace funcionar el motor a su régimen nominal hasta alcanzar el equilibrio
térmico en todos los detectores de temperatura.
 Se desenergiza y se desconectan las terminales de línea del motor, se mide y
registra la resistencia entre las terminales de la resistencia de referencia
determinada en el inciso a, en el tiempo especificado en la tabla 3.

106

107
b. Prueba para alcanzar el equilibrio térmico.
b.1. Si se excede el tiempo establecido en la tabla 3, se traza una curva de
enfriamiento basada en la resistencia entre el par de terminales de referencia.
 Utilizar al menos 10 valores espaciados a intervalos de 30 s, para determinar
la resistencia al tiempo de retardo especificado en la tabla 6.
1. La resistencia entre las terminales de referencia (Rf), en ohm
(tf), en °C
3. La temperatura ambiente, (taf), en °C
4. El tiempo al que se midió o determinó la resistencia (Rf), en s

108
c. Prueba de funcionamiento
 Se hace funcionar el motor a su tensión eléctrica medida en sus terminales,
frecuencia eléctrica y potencia nominales, hasta alcanzar nuevamente el
equilibrio térmico.
 Se aplican en forma descendente dos valores de carga arriba de la potencia
nominal, 130% y 115%
 También cuatro valores de carga al 100%, 75%, 50% y 25% de la potencia
nominal, con una tolerancia de ± 2%.

109
c. Prueba de funcionamiento
 Se miden y registran los siguientes parámetros para cada uno de los valores
de carga:
1. El promedio de las tensiones eléctricas entre terminales, en V
2. Frecuencia eléctrica de alimentación, en Hz
3. El promedio de las corrientes eléctricas de línea (Im), en A
4. La potencia de entrada (Pe), en kW
5. El par torsional del motor (Tm), en N·m
6. La frecuencia de rotación (nm), en min-1
para cada valor de carga, (tm), en °C
8. La temperatura ambiente para cada valor de carga (tam), en °C.

110
d. Carga mínima posible en el dinamómetro.
 Se ajusta el dinamómetro a su carga mínima y se opera el motor a su tensión
eléctrica medida en sus terminales y frecuencia eléctrica nominales hasta que
la potencia de entrada no varíe más del 3% en un lapso de 30 min.
 Con la potencia de entrada estabilizada a la carga mínima del dinamómetro.
2. La frecuencia eléctrica de alimentación, en Hz
3. El promedio de las corrientes eléctricas de línea, (Imín), en A
4. La potencia de entrada, (Pmín), en kW

111
d. Carga mínima posible en el dinamómetro.
5. El par torsional del motor, (Tmín), en N·m
6. La frecuencia de rotación, (nmín), en
7. El promedio de las temperaturas detectadas por los detectores de
temperatura de los devanados, (tmín), en °C.
8. Se verifica que la potencia de salida (Pd) demandada al motor bajo
prueba, sea menor al 15% de su potencia nominal. Donde Pd, en kW, se
calcula de la siguiente forma:

112
e. Prueba de operación en vacío.
 Se desacopla el motor del dinamómetro y se opera en vacío a su tensión
eléctrica medida en las terminales del motor y frecuencia eléctrica nominales
hasta que la potencia de entrada varíe no más del 3% en un lapso de 30 min.
 Se aplican en forma descendente 3 o más valores de tensión eléctrica entre
el 125% y el 60% de la tensión eléctrica nominal, espaciados en forma
regular.
 3 o más valores entre el 50% y el 20% de la tensión eléctrica nominal o hasta
donde la corriente eléctrica de línea llegue a un mínimo o se haga inestable.

113
e. Prueba de operación en vacío.
 Para cada valor de tensión eléctrica se miden y registran:
2. La frecuencia eléctrica de alimentación, en Hz
3. El promedio de las corrientes eléctricas de línea, (I0), en A
4. La potencia de entrada en vacío, (P0), en kW
5. La frecuencia de rotación, (n0), en
en cada valor de tensión, (t0), en °C.

114
Segregación de pérdidas
a. Determinación de las pérdidas por fricción y ventilación y cálculo de las
pérdidas en el núcleo.
1. Se resta de la potencia de entrada medida en vacío, ( ) las pérdidas de
los devanados del estator ( ) para cada valor de tensión eléctrica :
= Promedio de las corrientes eléctricas de línea en vacío en A
= Resistencia entre las terminales de referencia, corregida al promedio
de las temperaturas detectadas en los devanados del estator para cada
valor de tensión eléctrica.

115
= Resistencia de referencia del inciso a, en ohm
= Promedio de las temperaturas de los devanados para cada valor de tensión
en °C
= Promedio de las temperaturas de los devanados del estator en frío en °C
K = Cte del material igual a 234,5 para el cobre puro. Para otros materiales en
los devanados, deberá usarse el valor especificado por el fabricante del material.

116
b. Cálculo de las pérdidas por efecto Joule en el estator.
= Promedio de las corrientes de línea en A
= Resistencia entre las terminales de referencia del estator, corregida a la
temperatura de los devanados para cada valor de carga.
= Resistencia en ohm
= Promedio de las temperaturas de los devanados para cada valor de carga en °C
= Promedio de las temperaturas de los devanados del estator en °C
K = Cte del material igual a 234,5 para el cobre puro.

117
c. Cálculo de las pérdidas por efecto Joule en el rotor.
= Potencia de entrada para cada valor de carga medida.
= Pérdidas del núcleo calculadas
= Deslizamiento en por unidad de la frecuencia de rotación síncrona (ns) para
cada valor de carga.
= Frecuencia de rotación síncrona en
= Frecuencia de rotación para cada valor de carga medida, en

118
d. Cálculo del Factor de Corrección del Dinamómetro (FCD)
 Cuando la medición del par se hace entre el motor de prueba y el dinamómetro.
 Las pérdidas del dinamómetro no afectan a la medición, por lo que este paso no es
necesario.
1. El deslizamiento por unidad de la frecuencia de rotación con respecto a la
frecuencia de rotación síncrona, con el dinamómetro a su carga mínima.
= Frecuencia de rotación síncrona en
= Frecuencia de rotación con el dinamómetro a su carga en

119
d. Cálculo del Factor de Corrección del Dinamómetro (FCD)
2. Las pérdidas por efecto Joule en el estator con el dinamómetro a su carga
mínima:
= Promedio de las corrientes de línea durante la prueba con carga mínima en el
dinamómetro en A
= Frecuencia de rotación con el dinamómetro a su carga en

120
 1. NEC-HS-CL: Climatización
Tiene por objeto, a partir de condiciones básicas de diseño de la edificación
 Establecer las exigencias de eficiencia energética.
 Protección del medio ambiente.
 Seguridad que deben cumplir las instalaciones térmicas en las edificaciones
destinadas a atender la demanda de confort térmico y calidad del aire
interior.
 Determinar los procedimientos que permitan acreditar su cumplimiento en
beneficio de los usuarios.
4. Norma va de eﬁciencia energé ca en el sector industrial

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