Eficiencia energetica y la elección de cables

Eficiencia energética con cables.Ejemplo práctico.Lisardo RecioOctubre 2013

Los cables y la eficiencia energética

Lisardo Recio

2Presentation Title | Subtitle or client’s name | XX Month Year

AGENDA

1. Los cables y la eficiencia energética

2. Sección económica

Cable cargado con el 30 % de la intensidad máxima admisible

Cable cargado con el 10 % de la intensidad máxima admisible

3. Sección ecológica

4. Conclusiones


1. Los cables y la eficiencia energética



¿Qué es la eficiencia energética?

Es la reducción del consumo energético manteniendo las prestaciones.

Eficiencia energética con cables. Ejemplo práctico | Octubre 2013

kWhX

kWhX-Y


¿Cómo se puede mejorar la eficiencia energética?

Cambiando los receptores por otros más eficientes.


¿Qué papel juegan los cables?

Los cables son también receptores de energía. Disipan en forma de calor parte de la energía que canalizan.

Aumentando las secciones de conductor se reducen las pérdidas y con ello se mejora la eficiencia energética.

kWhZP kWh Z-P kWh


¿Por qué la sección económica?

.- Ahorro de costes en un escenario de tarifas eléctricas crecientes

¿Por qué sección ecológica?

.- Ahorro de energía y emisiones de CO2

€ €€



2. Sección económica


Sección económica

Imaginemos una línea de BT trifásica con las siguientes características:

.- L = 50 m

.- Temperatura ambiente = 40 ºC y a la sombra

.- Instalación en bandeja perforada

.- Circuito único en la canalización (sin influencia térmica de otros circuitos).- Cable utilizado: Afumex 1000 V (AS) multipolar 5G6

AFUMEX 1000 V (AS)



Supongamos que por nuestro cable circulan permanentemente sólo 13,8 A (sólo el 30 % de la intensidad máxima admisible, 46 A):

t

Intensidad (A)

0,3 Imax = 13,8 A

0

Imax para el conductorde 6 mm² en las condiciones de instalación definidas = 46 A

t

Intensidad (A)

0,3 Imax = 13,8 A

0


Sección económica



Vamos a demostrar como aún con una hipótesis tan desfavorable, dada la baja carga del cable, nos será muy interesante pensar en instalar conductores de mayor sección.

Sección(mm²)

Resistencia(Ω/km)

6 3,62

10 2,07

16 1,31

R

R

Sabemos que si aumentamos las sección de los conductores laResistencia se reduce.

Sección económica



La reducción de la resistencia viene acompañada de una reducción de las pérdidas térmicas dado que la corriente encuentra menos oposición a su paso por tener los electrones mayor espacio para circular y producirse menos choques con los átomos del conductor.

Como sabemos las pérdidas de potencia en forma de calor PP (W) que se producen en un conductor de resistencia R (Ω) atravesado por una corriente I (A) responden a la siguiente expresión:

P P = R . I² [W]

AFUMEX 1000 V (AS)

e-

e-

e-

e-

e-

Sección económica



E P = 3 x R . I² . L . t/1000 [kW·h]

Si multiplicamos la potencia por el tiempo t (h) obtendremos unidades de energía EP.

Para sistemas trifásicos (exentos de armónicos) y equilibrados tenemos 3 conductores cargados.

Los valores de resistencia suelen figurar en las tablas de datos en Ω/km por lo que se deberá multiplicar también la expresión por la longitud L en km.

Por último dividimos todo por 1000 y el resultado será en kW·h unidad de energía de común uso para facturación eléctrica.

Sección económica



Factura

576,38 €

Coste energíaTermino fijoAlquiler equipos

Queda claro que reduciendo la resistencia reduciremos la energía perdida y con ello la facturación.

Reducir la resistencia precisa del empleo de cable de mayor sección que aumentará el gasto en la línea.

RAFUMEX 1000 V (AS)

€

€

AFUMEX 1000 V (AS)

€

€

Sección económica



Por tanto, es interesante estudiar si los mayores costes de cable se pueden compensar con los ahorros en la factura.

AFU

MEX

€

€

Factura

576,38 €

Coste energíaTermino fijoAlquiler equipos

Sección económica



Partiendo de una vida útil estimada de 30 años, con los datos que tenemos podemos calcular la energía perdida en la línea con la sección de 6 mm² y las siguientes normalizadas (10 y 16 mm²).

E P = 3 x R . I² . L . t/1000 [kW·h]

EP6 = 3 x 3,62 Ω/km x 13,8² A² x 262800 h x 0,05 km x 1/1000 kW/W = 27176 kWh



Sección económica



EP6

EP10

EP16

EP6

EP10

EP16

El ahorro energético es notable a medida que se aumenta la sección.

Sección económica



Sección

(mm²)

Coste energía perdida(€)

Ahorro coste energía(€)

(1)

Coste cable aprox.(€)

Δ coste cable(€) (2)

Ahorrototal(€) (1) – (2)

5G6 4076 -- 141 -- --5G10 2331 1745 231 90 16555G16 1475 2601 362 221 2380

Tomando como valor aproximado de tarifa eléctrica 0,15 €/kWh y con los costes de las diferentes secciones de cable obtenemos los siguientes datos.

AFUMEX (AS)

Sección económica



Los ahorros obtenidos son importantes con las secciones superiores lo que demuestra que elegir un cable de mayor sección es también una buena inversión pues tenemos importantes retornos del dinero empleado.


--16552380

Sección

(mm²)

5G65G105G16

Sección que reporta más beneficios por aminorar las pérdidasenergéticas y abaratarla factura eléctrica.

Sección económica



Calculemos cuanto ahorraríamos cada año en la factura.



(1)

4076 --2331 17451475 2601

1745 €/30 años = 58,17 €/año

2601 €/30 años = 86,7 €/año

Sección

(mm²)

5G65G105G16

NOTA: no se ha considerado la variación de la tarifa en el tiempo ni se han actualizado los ingresos futuros. De forma aproximada se da por compensado un efecto con el otro, si bien es fácil pensar que la tarifa pueda subir más que los tipos de interés de referencia y el resultado ser más favorable aún, es decir, reportar más ahorros.

Sección económica



Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ahorro (€) -90 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17

Año 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Ahorro (€) 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17

Año 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Ahorro (€) 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17 58,17

Con el cable de 5G10 tendremos el siguiente plan de ahorro:

El primer ahorro es negativo. Corresponde el desembolso de 90 € de más por comprar cable de 5G10 en lugar de 5G6. Gracias a este desembolso inicial se consiguen los ahorros de factura en años siguientes (con fondo verde).

A5G10 30 X 58,17 – 90 = 1655 €

Plazo de amortización 90/58,17 = 1,53 años

Sección económica



Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ahorro (€) -221 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7

Año 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Ahorro (€) 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7

Año 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Ahorro (€) 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7 86,7

…e instalando el cable de 5G16 tendremos el siguiente plan:

A5G16 30 X 86,7 – 221 = 2380 €


Sección económica



Hagamos los mismos números suponiendo que por el cable circula solamente el 10 % de su capacidad de carga (4,6 A)

t

Intensidad (A)

0,3 Imax = 13,8 A

0


t

Intensidad (A)

0,3 Imax = 13,8 A

0


0,1 Imax = 4,6 A

Sección económica



La energía perdida a lo largo de 30 años (262800 h) para intensidad de 4,6 A con cada una de las secciones planteadas es la siguiente.

E P = 3 x R . I² . L . t/1000 [kW·h]




Sección económica



Sección

(mm²)



(1)

Coste cable aprox.(€)

Δ coste cable(€) (2)


5G6 453 -- 141 -- --5G10 259 194 231 90 1045G16 164 289 362 221 68

Con tarifa eléctrica 0,15 €/kWh y teniendo en cuenta los costes de las diferentes secciones de cable…

AFUMEX (AS)

Sección económica



El ahorro es menor que en el caso anterior puesto que el gasto en cable es el mismo pero las pérdidas son menores al ir el cable cargado sólo al 10 % de la Imax. Por ello el ahorro en pérdidas es menor y el total ahorrado es menor que en el caso anterior al 30 % de la Imax.


--10468

Sección

(mm²)

5G65G105G16

Sección que reporta más beneficios aminorandolas pérdidas energéticas y abaratando la factura eléctrica.

Sección económica



Calculemos cuanto lo que ahorraríamos cada año en la factura.



(1)

453 --259 194164 289

194 €/30 años = 6,47 €/año

289 €/30 años = 9,63 €/año

Sección

(mm²)

5G65G105G16

Sección económica



Con el cable de 5G10 y al 10 % de Imax tendremos el siguiente plan de ahorro

A5G10 30 X 6,47 – 90 = 104 €

Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ahorro -90 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47

Año 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Ahorro 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47

Año 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Ahorro 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47 6,47


Sección económica



Instalando el cable de 5G16 tendremos el siguiente plan

A5G16 30 X 9,63 – 221 = 68 €

Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ahorro -221 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63

Año 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Ahorro 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63

Año 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Ahorro 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63 9,63


Sección económica



3. Sección ecológica


Emisiones de CO2 por kg de cable fabricado

NOTA: fuente FACEL

Emisiones de CO2 por kWh generado: 0,39 kg

Sección ecológica


*LSOH = Low Smoke Zero Halogen (= baja emisión de humos y libre de halógenos) cable AS Afumex

*


Sección

(mm²)

Peso tirada de 50 m

empleada en la

instalación

(kg)

Emisiones de CO2 por la fabricación del cable

(kg)

Emisiones de CO2 ahorradas por emplear

cable de mayor sección

0,3 Imax

(kg)

Emisiones de CO2 ahorradas por emplear cable de

mayor sección0,1 Imax

(kg)

5G6 21 135 — --5G10 33 213 4538 5045G16 49,5 319 6763 752

Valores de emisiones por fabricación de cable más pesado que 5G6 muy inferiores a las ahorradas por menores pérdidas con secciones mayores (5G10 y 5G16). Las secciones superiores ocasionan ahorros económicos y ecológicos incluso con muy baja intensidad de corriente.

Sección ecológica



Amortización ecológica del cable 5G10 a 0,3 Imax

Aecol5G10 30 X 151,3 – 213 = 4326 kg CO2

Plazo de amortización ecológica 213/151,3 = 1,41 años

Sección ecológica


Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ahorro ecol -213 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3

Año 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Ahorro ecol 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3

Año 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Ahorro ecol 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3 151,3

4538 kg CO2 / 30 años = 151,3 kg CO2 / año



Aecol5G10 30 X 16,8 – 213 = 291 kg CO2


Sección ecológica


Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ahorro ecol -213 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8

Año 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Ahorro ecol 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8

Año 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Ahorro ecol 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8


Sección ecológica

30 años

Plazo de amortiza-ción ecológica

1,41 años

12,68 años

0,3 Imax

0,1 Imax

Cable 5G10

CO2CO2

CO2CO2



Aecol5G10 30 X 225,4 – 319 = 6443 kg CO2


Sección ecológica


Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ahorro ecol -319 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4

Año 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Ahorro ecol 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4

Año 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Ahorro ecol 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4 225,4




Aecol5G10 30 X 25,1 – 319 = 434 kg CO2


Sección ecológica


Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ahorro ecol -319 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1

Año 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Ahorro ecol 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1

Año 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Ahorro ecol 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1



Sección ecológica

30 años

Plazo de amortiza-ción ecológica

1,41 años

12,68 años

0,3 Imax

0,1 Imax

Cable 5G16

CO2CO2

CO2CO2


5. Conclusiones


Conclusiones

.- Ahorro económico

.- Ahorro de emisiones de CO2

.- Mayor vida útil de la línea al ir más descargada

.- Mejor respuesta a fenómenos transitorios

.- Posibilidad de ampliación de potencia sin cambiar el cable

.- Reducción de la caída de tensión

Emplear mayores secciones de conductor nos aportan una serie de beneficios interesantes:



Reducción de I (%)

Reducción de la potencia

perdida en la línea (%)

Reducción de I

(%)

Reducción de la potencia perdida en la línea

(%)

0 010 2120 4030 5540 6850 7860 8670 9280 9790 99100 100

Conclusiones

Reducción de la intensidad y reducción de la potencia perdida


Conclusiones


Desde Prysmian invitamos a que se reflexione sobre las secciones superiores a las exigidas técnicamente, se haga una estimación del patrón de consumo de sus líneas así como de la vida útil prevista para hacer cálculos y evidenciar los ahorros y ventajas de estas consideraciones para decidir en consecuencia. No olvidando, si procediera, los incrementos de costes por emplear mayores canalizaciones, protecciones de mayor calibre o también mayores ahorros por subidas de tarifas eléctricas.

Haga cuentas y verá como los números son favorables.

Gracias

Gracias por su atención

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