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• Paul Muñante Chacón

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GESTIÓN ENERGÉTICA TRABAJO FINAL

Ciclo 2014-2-EPE

Profesor

: Ing. Alejandro Rodríguez M

Sección

: II07

Grupo

:1

INTEGRANTES: CÓDIGO

NOMBRE

201215505

Beretta Toribio, Roberto Michel

201300106

Escalante Montoya, Diana Manuela

201300485

Muñante Chacón, Paul Carlos

201122042

Rodríguez Bustamante, Andrea Zayda

201215998

Sanchez De La Cruz, Jose Luis

1

EL acero Böhler es uno de los aceros más utilizados en nuestro país, debido a que lo podemos encontrar en: Barras : Redondas, Cuadradas, Hexagonales, Platinas, Perforadas. Planchas : Especiales , Alta temperatura, Antidesgaste, Alto impacto, Inoxidables. Flejes : Templados y recocidos. Alambres : Especiales, cuerda de piano para resortes, inoxidables. Para obtener un buen producto se realiza lo siguiente: TRATAMIENTO TERMICO DE LOS ACEROS BÖHLER: El tratamiento térmico consiste en el calentamiento de una pieza de acero a una temperatura durante un tiempo determinado y finalmente someterla a un enfriamiento controlado. Los parámetros fundamentales para determinar las propiedades a obtener en el tratamiento térmico son: tiempo, temperatura y velocidad de enfriamiento. La dureza es un indicador de las propiedades del acero, tales como la resistencia mecánica, ductilidad, fragilidad, entre otras.

PROCESO DEL TRATAMIENTO TÉRMICO a) RECOCIDO: Este proceso de enfriamiento es muy lento a través de una electrobomba accionada por un motor (M1), el cual conduce a la disminución de la dureza. b) TEMPLE: El enfriamiento es normalmente violento, realizado por una electrobomba (M2) (Baño isotérmico con aceite o agua) tiene por finalidad obtener un punto de dureza o elasticidad que se da al acero. El acero en este estado tiene grandes tensiones internas y alta fragilidad, por lo que se hace necesario un revenido. c) REVENIDO: Consiste en un calentamiento mediante un horno resistivo (R1) a baja temperatura, con el fin de ajustar las propiedades del acero templado a las requeridas para su uso, aumentando su tenacidad. A los procesos combinados de temple y revenido juntos se le denomina BONIFICADO.

2

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES a) CEMENTACIÓN: Otorga al acero una alta dureza superficial (capa cementada) que la hace muy resistente al desgaste, conservando al núcleo con buena tenacidad. Este proceso se realiza mediante 2 motores (M3 y M4). En general, la temperatura de trabajo no debe sobrepasar los 250º C b) NITRURACIÓN: El proceso de nitruración, consiste en la difusión de nitrógeno en el acero formándose 2 capas: “ capa de compuestos “ y la “ capa de difusión “. La dureza y el espesor total de las capas dependen del tipo del acero. Este proceso se realiza mediante 2 máquinas (M5 y M6). Las características de las piezas nitruradas son: i. Mejores propiedades de deslizamiento junto con una elevada resistencia al desgaste, hasta una temperatura de trabajo de aproximadamente 600º C. ii. Aumento de la resistencia a la corrosión atmosférica, así como la producida por ambientes marinos. iii. Escasa formación de óxidos por rozamiento en piezas ajustadas (GRIFADO). Todo este proceso se realiza con máquinas cuyos datos de placa son:  M1 : 10 HP, 380V/220V, Y- , cos = 0.84,  = 85%, 3540 RPM.  M2: 10 HP, 380V/220V, Y- , cos = 0.84,  = 85%, 3540 RPM.  M3 : 15 HP, 380V/220V, Y- , cos = 0.85,  = 88%, 1780 RPM.  M4: 15 HP, 380V/220V, Y- , cos = 0.85,  = 88%, 1780 RPM.  M5 : 8 HP, 380V/220V, Y- , cos = 0.86,  = 88%, 3560 RPM.  M6: 8 HP, 380V/220V, Y- , cos = 0.86,  = 88%, 3560 RPM.  R1 : 15 kW., 380V/220V, Y- . Para la zona de recocido y cementación se considera una temperatura ambiente promedio de 35 C y el resto de ambiente 25C. Se considera un suministro eléctrico trifásico cuya tensión de línea es 380V, 60 Hz.

Se pide calcular lo siguiente: 1.-La planta será alimentada por la red eléctrica de la empresa concesionaria, dicha instalación deberá ser corregida a un factor de potencia de 0.96, para eliminar el pago por consumo de energía reactiva. Los costos de energía son: Costo Eactiva: 0.25 S/. / kWh y Costo Ereactiva: 0.04 S/. / kVARh. Para esta nueva operación se pide lo siguiente: a) El valor de la potencia de los condensadores. Los condensadores que se comercializan en el mercado nacional para entrega inmediata son: Potencia 1 kVAR 2,5 kVAR 5 kVAR

Precio en S/. 300.00 525.00 750.00 3

10 kVAR 15 kVAR 20 kVAR 30 VAR

1275.00 1800.00 2400.00 3500.00

Calculando las potencias activas, aparentes y reactivas para cada motor  M1 : 10 HP, 380V/220V, Y- , cos = 0.84,  = 85%, 3540 RPM. o P= 7,46/0,85 = 8,78KW o S= 8,78/0,84= 10,45KVA o Q= 10,45* sen 32.86°C=5,67KVAR  M2: 10 HP, 380V/220V, Y- , cos = 0.84,  = 85%, 3540 RPM. o P= 7,46/0,85 = 8,78KW o S= 8,78/0,84= 10,45KVA o Q= 10,45* sen 32.86°C=5,67KVAR  M3 : 15 HP, 380V/220V, Y- , cos = 0.85,  = 88%, 1780 RPM. o P= 11,19/0,88 = 12,71KW o S= 12,71/0,85= 14,95KVA o Q= 14,95* sen 31,79°C=7,88KVAR  M4: 15 HP, 380V/220V, Y- , cos = 0.85,  = 88%, 1780 RPM. o P= 11,19/0,88 = 12,71KW o S= 12,71/0,85= 14,95KVA o Q= 14,95* sen 31,79°C=7,88KVAR  M5 : 8 HP, 380V/220V, Y- , cos = 0.86,  = 88%, 3560 RPM. o P= 5,97/0,88 = 6,78KW o S= 6,78/0,86= 7,88KVA o Q= 7,88* sen 30.68°C=4,02KVAR  M6: 8 HP, 380V/220V, Y- , cos = 0.86,  = 88%, 3560 RPM. o P= 5,97/0,88 = 6,78KW o S= 6,78/0,86= 7,88KVA o Q= 7,88* sen 30.68°C=4,02KVAR Calculando la potencia activa total Pactiva total = 8,78KW +8,78KW +12,71KW + 12,71KW + 6,78KW + 6,78KW + 15KW Pactiva total = 71,54KW Calculando la potencia reactiva total Preactiva total = 5,67KVAR + 5,67KVAR + 7,88KVAR + 7,88KVAR +4,02KVAR + 4,02KVAR Preactiva total = 35,14 KVAR 4

Calculando la potencia aparente total √ √

Corrigiendo la instalación para un factor de potencia de 0.96

Los condensadores por adquirir deben tener una potencia de: 35,14KVAR – 20,87KVAR = 14,36KVAR Por lo tanto se elige el condensador de 15 kVAR por S/.1800,00 b) En qué tiempo se recuperará la inversión por la compra de los condensadores. Costo Ereactiva: 0,04 S/. / kVARh Por 15KVAR = S/. 0,6 cada hora S/.1800 / 0,6 = 3000 3000 horas / 24horas = 125 días para recuperar la inversión 2.- El proceso de producción se encuentra en un ambiente cuyas dimensiones son de 20 x 15 m y una altura de 6 m. Los colores del techo y pared son: blanco y verde claro. Considerar un factor de mantenimiento igual a 0,70. Se pide calcular la cantidad de luminarias adecuada para la instalación con su respectivo cableado. ( 2.0 puntos ) Solución.Calculando la Altura Optima de las Luminarias:

5

Calculando K para un sistema de Iluminación directa

Los factores de reflexión de techo y pared que mas se ajustan a la siguiente tabla son: Factor de Reflexión Techo Blanco = 80% Factor de Reflexión Pared Verde = 50%

Se asume que el Tipo de Luminaria a utilizar es la Nro 33 En la tabla obtenemos el factor de utilización (n) igual a 0.44 Calculando el flujo luminoso total

Asumimos que la lámpara a utilizar es un fluorescente de 36 w con una luminancia de 80 lm/ W

6

Nota: El dato de tabla de iluminación recomendada por actividad lo Optemos de OIT (Organización Internacional del Trabajo) de la siguiente tabla

Calculo del Número de Luminarias

3.- Los consumos de energía de toda la planta son detallados en la siguiente tabla, cuya facturación es en Media Tensión. Se pide que usted seleccione la mejor opción tarifaría, si es que a la empresa le conviene reducir sus costos facturados por la empresa eléctrica. ( 2.0 puntos ) Mes

Nov-05 Dic-05 Ene-06 Feb-06 Mar-06 Abr-06

Energía Energía Energía Máxima Máxima Activa Activa Reactiva Demand Demand Fuera Hora medida a Hora a Fuera Punta Punta (kVARh) Punta Punta (kWh) (kWh) (kW) (kW)) 131328 43773 59462 340 342 138843 46278 62354 332 343 141009 47000 66582 335 342 141051 47017 76880 343 335 124209 41402 59593 340 340 151461 50486 70101 356 343

Solución: Tomando como base para el cálculo los servicios de la empresa Luz del Sur y el pliego tarifario indicado por Osinergmin para facturación en media tensión, tarifas MT2, MT3 y MT4 con fecha 04/07/2014; se obtiene lo siguiente:

7



Calculo para opción MT2: MEDIA TENSIÓN

UNIDAD

TARIFA

CONSUMO

Sin IGV TARIFA MT2:

IMPORTE Sin IGV

TARIFA CON DOBLE MEDICIÓN DE ENERGÍA ACTIVA Y CONTRATACIÓN O MEDICIÓN DE DOS POTENCIAS 2E2P

Cargo Fijo Mensual

S/./mes

3.81

Cargo por Energía Activa en Punta

ctm. S/./kW.h

0.1839

50486

9,284.38

Cargo por Energía Activa Fuera de Punta

ctm. S/./kW.h

0.1536

151461

23,264.41

Cargo por Potencia Activa de Generación en HP

S/./kW-mes

35.9

356

12,780.40

Cargo por Potencia Activa de Distribución en HP

S/./kW-mes

8.93

347.5

3,103.18

S/./kW-mes

9.79

-4.5

ctm. S/./kVar.h

0.0359

9516.9

Cargo por Exceso de Potencia Activa de Distribución en HFP Cargo por Energía Reactiva que exceda el 30% del total de la Energía Activa

3.81

TOTAL

341.66 48,777.83

Calculando la potencia por uso de redes de distribución en horas punta (PURDHP): Tomando el promedio de las dos más altas demandas en horas punta leídas en los últimos seis meses.

Calculando el exceso de potencia en horas fuera de punta (EPHFP): Tomando el promedio de las dos más altas demandas fuera de punta leída en los últimos seis meses.

Finalmente se resta el promedio fuera de punta con el promedio en horas punta:

La diferencia es negativa, no hay facturación por exceso de potencia en horas fuera de punta. Calculando la energía reactiva a facturar: 8

Energía reactiva leída mes : 70101 kVAR.h Energía activa leída mes : 151461 + 50486 = 201947 kW.h Energía reactiva a facturar : 70101 – 0.3*201947 = 9516.9 kVAR.  Calculo para opción MT3: MEDIA TENSIÓN

UNIDAD

TARIFA

CONSUMO

Sin IGV TARIFA MT3:

IMPORTE Sin IGV

TARIFA CON DOBLE MEDICIÓN DE ENERGÍA ACTIVA Y CONTRATACIÓN O MEDICIÓN DE UNA POTENCIA 2E1P

Cargo Fijo Mensual

S/./mes

3.02

3.02

Cargo por Energía Activa en Punta

ctm. S/./kW.h

0.1839

50486

9,284.38

Cargo por Energía Activa Fuera de Punta

ctm. S/./kW.h

0.1536

151461

23,264.41

Presentes en Punta

S/./kW-mes

32.05

356

11,409.80

Presentes Fuera de Punta

S/./kW-mes

21.84

S/./kW-mes

9.83

349.5

3,435.59

S/./kW-mes

9.82

ctm. S/./kVar.h

0.0359

9516.9

341.66

Cargo por Potencia Activa de generación para Usuarios:

Cargo por Potencia Activa de redes de distribución para Usuarios: Presentes en Punta Presentes Fuera de Punta Cargo por Energía Reactiva que exceda el 30% del total de la Energía Activa TOTAL

47,738.85

Determinamos el tipo de calificación tarifaria, si somos clientes presente en punta o fuera de punta. Datos para el cálculo: Energía activa en horas punta (EA HPmes) : 50486 kW.h Máxima demanda leída mes (M.D. leída mes) : 356 kW Determinamos el número de horas punta del mes: Última lectura (dato) : 30/04/06 Lectura anterior (dato) : 31/03/06 Número de días de facturación : 30 días Cantidad de domingos y feriados del periodo : 6 días Horas punta por día (se asume) : 5 horas Número de horas punta mes (#HP mes) = (30 días – 6 días) x 5 horas/día = 120 horas Reemplazamos en la fórmula de calificación tarifaria: 9

Como el factor es mayor a 0.50, el suministro es calificado como cliente presente en punta. Para el cálculo de la potencia por uso de redes de distribución, se tomó el promedio de las dos más altas máximas demandas sin importar si se dan en hora punta o fuera de punta:

La energía reactiva a facturar fue calculada para la tarifa anterior: Energía reactiva leída mes Energía activa leída mes Energía reactiva a facturar 

: 70101 kVAR.h : 151461 + 50486 = 201947 kW.h : 70101 – 0.3*201947 = 9516.9 kVAR.h

Calculo para opción MT4: MEDIA TENSIÓN

UNIDAD

TARIFA

CONSUMO

Sin IGV TARIFA MT4:

IMPORTE Sin IGV

TARIFA CON SIMPLE MEDICIÓN DE ENERGÍA ACTIVA Y CONTRATACIÓN O MEDICIÓN DE UNA POTENCIA 1E1P

Cargo Fijo Mensual Cargo por Energía Activa

S/./mes

3.02

3.02

ctm. S/./kW.h

0.1605

201947

32,412.49

S/./kW-mes

32.05

356

11,409.80

S/./kW-mes

21.84

S/./kW-mes

9.83

349.5

3,435.59

S/./kW-mes

9.82

ctm. S/./kVar.h

0.0359

9516.9

341.66

Cargo por Potencia Activa de generación para Usuarios: Presentes en Punta Presentes Fuera de Punta Cargo por Potencia Activa de redes de distribución para Usuarios: Presentes en Punta Presentes Fuera de Punta Cargo por Energía Reactiva que exceda el 30% del total de la Energía Activa TOTAL

47,602.56

Para el cargo por energía activa, se considera el consumo de energía total del mes:

10

Energía horas punta : 50486 kW.h Energía horas fuera de punta : 151461 kW.h Energía consumida en el mes : 201947 kW.h La fórmula de calificación tarifaria fue calculado para la tarifa anterior:

Como el factor es mayor a 0.50, el suministro es calificado como cliente presente en punta. El cálculo de la potencia por uso de redes de distribución, es el mismo que se obtuvo para la tarifa MT2.

La energía reactiva a facturar fue calculada para la tarifa anterior: Energía reactiva leída mes Energía activa leída mes Energía reactiva a facturar

: 70101 kVAR.h : 151461 + 50486 = 201947 kW.h : 70101 – 0.3*201947 = 9516.9 kVAR.h

Finalmente: Montos facturados según la tarifa en media tensión. Opción tarifaria

Total S/.

MT2

48,773.83

MT3

47,738.85

MT4

47,602.56

La opción tarifaria que nos generará menos costos mensuales en planta por el servicio de energía en media tensión es la MT4.

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4.- Se pide analizar comprar un grupo electrógeno a gas natural para abastecer de energía eléctrica a todo el proceso de producción. Se pide analizar en que tiempo se recuperará toda la inversión. Considerar la compra del grupo y pago por consumo de gas para efectos de operación. ( 3.0 puntos ) Solución.-

Datos Obtenidos de los ejercicios anteriores Potencia Activa Energía activa leída mes

79.7 KVA 201947 kW.h

Datos Obtenidos de la Pagina Osinerming Precio Gas Natural: 2.87*TC USD/ MMBTU

Transformando Energia Activa mes a MMBTU 201947 Kwh x 3412.14 BTU / KW X 106 = 689.071 MMBTU

Consumo de gas en un mes: 689.071 MMBTU x 2.87 x 2.8 = S/ 5,538.72 Facturación de Energia Electrica del Ejercicio anterior Facturación del Consumo de Gas Ahorro Mesual Ahorro Anual

S/. 47,602.56 S/. 5,538.72 S/ 42,063.84 S/. 504,766.08

Costo del Generador Electrico USD 30,000.00 o S/ 84,000.00 84,000.00 / 42,063.84 = 2meses Respuesta en dos meses se recuperaría la inversión.

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