Die werklike koste van elektriese motors en pompe

– Verstaan waar om na kostebesparings by elektriese motors te soek

LOUIS LAGRANGE, PRIVAAT KONSULTANT

Elektriese motors wat sentrifugaalpompe aandryf, kan vergelyk word met ‘n outomatiese motor waarvan die bestuurder die versnellerpedaal heeltemal wegtrap en dan met dreunende enjin die motor se spoed beheer deur heeltyd te rem. Dieselfde gebeur veral met sentrifugaalpompe waar die watervloei met behulp van ‘n kraan aan die leweringskant gereguleer word.

Elektriese motors verander energie in die vorm van elektrisiteit na “meganiese” energie in die vorm van ‘n roterende as wat een of ander nuttige meganisme aandryf.

Binne die huidige knellende ekonomie is daar dikwels ‘n behoefte om koste te besnoei deur die effektiwiteit van energie-omskakeling te bepaal en te verbeter. In hierdie artikel word slegs gefokus op die bepaling van loopkoste van driefase wisselstroom induksie-tipe motors, aangesien dit die oorgrote meerderheid van motors in die praktyk en op plase is.

Die volgende aspekte verdien aandag:

• Bepaling van die lasgrootte en ure wat dit aangewend behoort te word.
• Relatiewe grootte van die las wat aangedryf word tot die motor se ontwerpsgrootte.

Bepaling van die lasgrootte en benuttingstyd

Die elektriese motor self behoort nie die beginpunt van die identifisering van moontlike besparings te wees nie. Dikwels is die groter komponent van kostebesparing eerder geleë in die bepaling van die grootte sowel as die werklike tyd wat die las benodig word. Slegs daarná kyk ons na die doeltreffende omsetting van energie vir verdere kostebesparing.

‘n Tipiese voorbeeld van die effek van die bepaling van die las is ‘n pomp wat 24 uur per dag, 365 dae van die jaar werk. Die elektriese motor se doeltreffendheid kan tipies in die orde van 85% beloop en kan verbeter deur middel van ‘n nuwe energie-effektiewe motor met ‘n effektiwiteit van 88% of hoër.

Die verbeterde elektriese motor het ‘n effense hoër wentelspoed en moet dus met omsigtigheid aangewend word sodat die kraan aan die leweringskant nie dalk meer toegedraai moet word om dieselfde druk en vloei te kry nie. ‘n Moontlike besparing van slegs 10% in die looptyd van die motor kan kostebesparings van meer as drie keer dit van ‘n energie-effektiewe motor inhou. Verder kan ‘n kundige ondersoek deur ‘n landbou-ingenieur na die hidroulika van die stelsel, baie groot besparings inhou.

Bepaling van loopkoste

Die werklike energieverbruik moet bepaal word om behoorlike, ingeligte bestuursbesluite te kan neem. Om dit te kan doen, begin ons werk vanaf die draaiende as op die leweringskant van die motor, daarna word die beladingsfaktor bepaal, dan die motor se effektiwiteit en dan eers die loopkoste.

‘n Elektriese motor het normaalweg ‘n inligtingsplaat aan die buitekant waarop tipiese inligting aangetoon word. Dit kan byvoorbeeld aandui dat dit ‘n 100 kW motor met ‘n effektiwiteit van 85% en ‘n wentelspoed van 1 450 revolusies per minuut (sinkroonspoed) teen nullas en 1 410 rpm teen vollas is.

Die 100 kW verwys na meganiese energie wat die draaiende as lewer. Dit is selde dat die werklike belading op die motoras gelyk aan die ontwerpsdrywing is. Ons kan dus glad nie die data op die naamplaat net so aanwend om werklike loopkoste te bepaal nie. Die werklike las moet bepaal en teruggewerk word om die hoeveelheid elektriese energie te bepaal.

‘n Induksiemotor draai effens stadiger as die nullasspoed en die verskil in spoed staan bekend as glip. Hierdie verlaging in spoed is direk eweredig aan die las op die motor en kan maklik in die praktyk gemeet word. Die werklike wentelspoed is ‘n indikator van die meganiese energielas wat deur die pomp vanaf die motor vereis word.

‘n Ander eenvoudige en akkurate metode is om die elektriese stroom wat na die motor vloei in ampère te meet. Vir hierdie voorbeeld neem ons aan dat ons die glipspoed bepaal het en dit aandui dat slegs 60 kW vanaf die motor se as gebruik word. Dit dui op ‘n gepaardgaande verlaging in die elektriese energie benodig. Hierdie 60 kW is egter nie die benodigde elektriese energie nie. Die motor se effektiwiteit moet in ag geneem word deur die 60 kW met 0,85 vir ons huidige voorbeeld se 85% effektiwiteit te deel, wat ‘n groter elektriese aanvraag van 70,6 kW tot gevolg het.

Hier het ons nou ‘n baie meer akkurate aanduiding van die elektriese energie wat deur die motor verbruik word. Die energieverbruik in kW word vermenigvuldig met die ure om kWh te verkry en word dan vermenigvuldig met die koste in rand per kilowatt-uur (R/kWh) om die elektriese loopkoste te kry.

Alhoewel ons ‘n meer akkurate bepaling van elektriese energie benodig het, is ons ongelukkig nog nie by die akkurate hoeveelheid elektriese energie waarvoor ons betaal nie. ‘n Gedeelte van die energie word nie benut om die motor te draai nie.

Ons moet hier die motor se arbeidsfaktor in ag neem, wat bestaan uit drie dele:

• nuttige energie in kilowatt (kW);
• reaktiewe energie wat ons nie kan benut nie in kVAR; en
• die totale hoeveelheid energie in kVA waarvoor ons betaal.

Die rede waarom ons met ‘n gedeelte nie-benutbare energie sit, is opgesluit in die feit dat die verval van die veldwisselings in ‘n wisselstroom ‘n tydjie neem en dat die elektriese stroom ‘n kort tydjie na die spanningsverval volg. Die verbetering van die arbeidsfaktor is die onderwerp van ‘n volgende artikel en word nie hier behandel nie. Wat wel van toepassing is, is dat dit ‘n verdere verhoging van elektriese energiekoste teweegbring.

Ander aspekte wat nuttig is om te onthou, is dat soos elektriese motors se belading verminder – in ons voorbeeld is dit vanaf ‘n ontwerpslading van 100 kW meganiese energie na 60 kW meganiese energie – so verlaag die effektiwiteit van die motor ook.

Hierdie verlaging begin normaalweg dramaties toeneem wanneer die motor teen minder as 50% van sy ontwerpslading funksioneer. Dit is ook nuttig om te onthou dat hoe kleiner die motor is, hoe meer dramaties is die verlaging en hoe vroeër begin dit afneem.

Groter motors kan met redelike effektiwiteit tot 50% belading werk. Hiermee waarsku ons gebruikers teen die praktiese en finansiële implikasie van effektiwiteitsverlaging. In die voorbeeld van hierdie artikel, waar ons die 60 kW meganiese energie met 0,85 (vir 85% effektiwiteit) gedeel het om elektriese energie te kry, kan lei tot ‘n vermindering in effektiwiteit na 65%, met die gevolg dat daar nou 92,3 kW elektriese energie benodig word om dieselfde 60 kW aan die pomp te lewer. Wat ‘n vermorsing van energie! Die berekening van die “vermorsde” energie van 21,7 kW met die aantal ure en die energiekoste, kan dan uitgevoer word.

Verskeie ander faktore speel ook ‘n rol in elektriese motor effektiwiteit, soos ouderdom, tipe, temperatuur en herbedrading, maar is geneig om ‘n minder beduidende rol as die bogenoemde faktore te speel.

In die volgende reeks artikels spreek ons arbeidsfaktorverbetering, energie doeltreffende motors en varieerbare spoed motors en hulle spesifieke toepassing in die landbou aan.

Louis Lagrange is ‘n privaat konsultant en lid van die Suid-Afrikaanse Instituut van Landbou-ingenieurs, die Suid-Afrikaanse Besproeiingsinstituut en kursusaanbieder in energiebestuur vir die “Energy Training Foundation”. Kontak hom by louislagrange1@gmail.com.