MOTORES DE ALTA EFICIENCIAAl pensar en un ahorro de energa, la idea ms recurrente es disminuir la potencia de los artefactos conectados a una instalacin. Pero, tambin se pueden obtener importantes ahorros de energa minimizando las prdidas que la instalacin presenta, usando para este fin motores de induccin trifsicos de eficiencia mejorada.Hay varias razones por las que el ahorro de energa mediante motores no est tan generalizado. Es evidente, por ejemplo, que al reemplazar un consumo por otro de potencia menor se genera un ahorro; en cambio, los motores elctricos se venden en base a su valor nominal de salida (potencia en HP) y no por su potencia de entrada, por lo tanto la medida usada para evaluar las diferencias entre motores es su eficiencia nominal.Por su diseo realzado, los motores de eficiencia superior reducen los costos de operacin a cualquier nivel de carga, incluso al funcionar sin sta. Por ejemplo, las prdidas sin carga de un motor de eficiencia superior de cinco HP pueden ser de 215 watts, mientras que las de un motor estndar del mismo tipo de 330 watts.ANTECEDENTESEl constante incremento de los costos de la energa elctrica y las restricciones establecidas sobre la conservacin del medio ambiente hicieron que en los pases industrializados como USA y algunos pases europeos se dictaran polticas y se aprobaran legislaciones respecto al uso de la energa. Considerando que de la energa total generada en el mundo, aproximadamente el 60% la consumen los motores elctricos y que el motor elctrico ms usado es el asincrnico de jaula de ardilla, surgi entre las medidas ms prometedoras para el ahorro de la energa, establecer el incremento obligatorio de la eficiencia de estos motores. Esta idea fue reforzada cuando un estudio realizado en 1990 por el Departamento de Energa de los Estados Unidos de Amrica mostr que para el ao 2010, la industria podra ahorrar 240 mil millones de Kwh anualmente reemplazando motores y accionamiento de eficiencia estndar, por otro que fueran solo de 2 a 6% ms eficientes.Los motores de alta eficiencia empezaron a ser fabricados a mediados de la dcada de los 70 inicialmente en USA pero su aplicacin se hizo masiva al llegar el ao 2000 tambin en otros pases industrializados. Sin embargo su aplicacin indiscriminada puede ocasionar inconvenientes tcnicos en los procesos productivos cuando no es evaluada correctamente.

DESCRIPCIN

Un motor eficiente es aquel que transforma prcticamente toda la energa elctrica que consume en energa mecnica til.Durante su vida til un motor elctrico gasta en su funcionamiento cien veces ms de lo que cost su compra. Si se adquieren motores de alta eficiencia se puede pagar mucho menos debido al menor coste de la energa consumida, ahorrando dinero y protegiendo el ambiente.

CONCEPTOS BSICOSPolticas energticas:A nivel mundial existen diferentes tipos de normas aplicables a los motores, que dependen del pas donde se comercialicen.

En Estados Unidos el Departamento de Energa (DOE) promulg la Ley EPact que obliga a partir del 24 de octubre de 1997 a que los motores que se comercialicen en este pas sean segn la norma NEMA o Mtricos y cumplan con un rendimiento mnimo dependiendo de la potencia y polaridad.En estas leyes se establecen unos logotipos que indican qu normas cumple el motor. C: el motor cumple las normas de Canad CSA. URUS: el motor cumple con la UL de EE.UU. ENERGY: se cumple con los rendimientos mnimos indicados en la Energy Efficiency de la Ley EPact.

La siguiente tabla muestra los rangos de eficiencia para motores trifsicos de Diseo NEMA B, aqu se define un valor mnimo para la eficiencia para cada nivel de eficiencia.

En Europa el programa clasifica los motores en niveles de eficiencia EFF1 a EFF3, donde EFF1 es el nivel ms alto. El programa ha tenido mucho xito, ya que ha reducido el nmero de motores comerciales de baja eficiencia; muchos consideran la clasificacin EFF1 no slo como una seal de eficiencia, sino tambin como un distintivo general de calidad. Actualmente se est perfeccionando el programa para armonizar los mtodos de verificacin de eficiencia, de modo que sea ms fcil comparar los motores de distintos fabricantes. EFF1: motores de alto rendimiento. EFF2: motores de rendimiento mejorado. EFF3: motores de bajo rendimiento.La distribucin de las 3 clases queda as:

Determinacin del rendimientoElrendimiento de un motorse define como la potencia mecnica que se obtiene por unidad de potencia absorbida.

Haciendo una grfica comparativa de los diferentes mtodos para motores de 4 polos de 15kW tenemos:COMO LOGRAR OBTENER UN MOTOR DE EFICIENCIA

Mejoramiento de la eficienciaLa eficiencia de un motor mide la conversin de la energa elctrica en trabajo til. La energa que se pierde se convierte en calor. Para aumentar la eficiencia es preciso reducir estas prdidas. Las prdidas de los motores se pueden clasificar en cinco categoras principales. Dos de stas las prdidas en el hierro del ncleo y las prdidas por resistencia aerodinmica y friccin se clasifican como prdidas no relacionadas con la carga, ya que permanecen constantes con independencia de la misma. Las prdidas relacionadas con la carga, es decir, que varan con ella, son las prdidas en el cobre del estator, las prdidas en el rotor y las prdidas de carga por dispersinPara aumentar la eficiencia del motor, todas las prdidas deben atenderse individualmente. La reduccin de la prdida por resistencia estatrica involucra modificaciones magnticas y elctricas que permiten introducir ms alambre de cobre en las ranuras del estator. En general, el diseo de las lminas del estator debe incluir ranuras suficientemente grandes para admitir ms alambre de cobre, pues el aumento del calibre del alambre sin aumentar la carga de amperaje resulta en menores prdidas. Asimismo, debe usarse el mejor material conductor de precio razonable, siendo el cobre ms razonable para los motores elctricos.Las prdidas rotricas, segundas en magnitud, se reducen usando rotores diseados especialmente con mayores reas de conductor de aluminio. Usando "barras de rotor" ms grandes hay menor resistencia rotrica y menos prdida de energa en el rotor.La histresis y las corrientes parsitas pueden reducirse de varias maneras. La prdida por histresis puede reducirse usando mejores aceros y reduciendo la intensidad del campo magntico. Las prdidas por corrientes parsitas se reducen, en tanto, adelgazando las lminas que componen el estator (y el rotor) y aislndolas mutuamente de modo ms eficaz.Prdidas por ventilacin: prdidas mecnicas.Prdidas por rozamiento: prdidas mecnicas.Prdidas adicionales: Las prdidas adicionales se producen como consecuencia de los procesos electromagnticos secundarios de carcter no deseado pero inevitable y afectan tanto al cobre como al hierro y se manifiestan como: corrientes parsitas debidas a los campos de dispersin en los arrollamientos y en las piezas metlicas macizas, prdidas superficiales en el hierro, prdidas pulsantes en los dientes, etc.

Pueden dividirse en dos tipos: Prdidas constantes o de vaco. Prdidas que dependen de la carga de la mquina.En el caso de las prdidas por friccin y ventilacin, poco puede hacerse para aumentar la eficiencia de los cojinetes, pero si los pasos anteriores reducen eficazmente las prdidas totales puede reducirse el tamao del ventilador de enfriamiento, lo que contribuir a mejorar la eficiencia del motor.La categora final es la de las prdidas por dispersin de carga. Hay diversas tcnicas de manufactura que pueden usarse para reducir estas prdidas.Trabajando en forma individual y colectiva en los cinco elementos indicados, se pueden lograr sustanciales mejoras en la eficiencia de los motores. Prdidas que dependen de la carga de la mquina.

Ventajas e inconvenientes Motor EFF1Como media, un motor EFF1 reduce las prdidas de energa por encima del 40%. Esto significa que en el caso de muchas horas de utilizacin, por ejemplo 6000h/ao, en un motor de 15kW, se podrn ahorrar ms de 4MWh al ao o ms de 400 de la factura de electricidad (considerando 0.10/kWh).La mejor calidad de los materiales incrementa normalmente la vida til del motor.El mayor precio de compra de un motor EFF1 se recupera en un corto plazo de tiempo, comparado con la vida til del motor elctrico.

Motor EFF2Un motor EFF2 reduce las prdidas de energa hasta un 20%, lo que significa que en el caso de utilizacin de 2000h/ao, un motor de 15kW, puede ahorrar 0,6MWh al ao con un coste adicional mnimo.La clase EFF2 garantiza una eficiencia satisfactoria con un sobrecoste mnimo.

Motor EFF3En general, los motores de la clase EFF3 presentan una muy baja eficiencia y representan una inversin antieconmica en la mayora de las situaciones, por lo que no es recomendable.

As, las conclusiones del motor de Alta Eficiencia seran:

El hecho de que se tenga una eficiencia mayor significa que se disminuye los costos de operacin del motor y se puede recuperar la inversin adicional en un tiempo razonable, sobre todo si se opera a una carga cercana a la potencia nominal. Recuerde que en un ao el costo de la energa es aproximadamente seis veces el costo de compra del motor.

Los motores de alta eficiencia poseen generalmente un menor deslizamiento (mayor velocidad de operacin) que los motores de eficiencia estndar, debido a los cambios que se producen en los parmetros del motor. La mayor velocidad puede ser ventajosa en muchos casos, pues mejora la ventilacin.

Los motores de alta eficiencia son normalmente ms robustos y mejor construidos que los motores estndar, lo que traduce en menores gastos en mantenimiento y mayor tiempo de vida.

En cuanto a sus limitaciones del motor de Alta Eficiencia

El hecho de que los motores de alta eficiencia operan a una velocidad mayor, puede ocasionar un incremento en la carga, sobre todo cuando se accionan ventiladores o bombas centrfugas, este hecho debe valorarse en cada situacin.

El momento de arranque y el momento mximo son en algunos diseos ligeramente mayores y en otros ligeramente menores, por lo tanto es necesario analizar detalladamente en cada aplicacin. 8 Motores Elctricos de Alta Eficiencia

La corriente de arranque suele ser mayor. Esto puede provocar que se sobrepasen los lmites mximos de cada de voltaje en la red. Tambin puede influir en la capacidad de los equipos de maniobra, aunque muchas veces se puede operar con los mismos que se usan con los motores estndar y en ocasiones slo resulta necesario cambiar los elementos trmicos.

La corriente transitoria en el arranque, que tiene su mximo en el primer medio ciclo, se incrementa debido a la tendencia a un mayor valor de la relacin X/R. Aunque esta corriente puede no afectar el tamao del arrancador, si se afecta el disparo instantneo del interruptor del motor, por lo que hay que buscar un compromiso entre la coordinacin del interruptor y los disparos del arranque.

El factor de potencia del motor puede ser menor que un motor estndar. Un estudio reciente realizado por Bonnett (1997) encontr que los motores de alta eficiencia construidos en USA, en el intervalo de 3 a 10 HP tienen un factor de potencia mayor que los estndares, inferior en el intervalo de 15 a 40 HP, aproximadamente igual de 50 a 100 HP y de nuevo menor de 125 HP en adelante

Aplicabilidad

Los motores de alta eficiencia se utilizan principalmente: En instalaciones nuevas. Cuando se realicen modificaciones mayores en procesos existentes. Para sustituir motores que han fallado. En la adquisicin de equipos nuevos como: compresores, etc. Cuando se desee reducir los costos de operacin por el ahorro del consumo de energa elctrica y de la demanda mxima. Cuando el motor opera a una carga constante y muy cerca del punto de operacin nominal. Cuando se usan para reemplazar a motores sobredimensionados. Cuando se aplican conjuntamente con Variadores electrnicos de frecuencia ( Variable Frecuency Drives) para accionar bombas y ventiladores, pueden lograr ahorros de hasta ms del 50% de la energa. En instalaciones nuevas.

El ahorro de dinero al aplicar un motor de alta eficiencia se puede calcular usando la siguiente ecuacin: S : Ahorro en soles por aoHP : Potencia de placa en HP L :Porcentaje de carga del motor respecto a la potencia nominal. C : Costo de la Energa en soles por KWhT : Tiempo de funcionamiento del motor en horas por ao.EA : Eficiencia del motor estndarEB : Eficiencia del motor de alta eficiencia.

DECISION INICIAL DE COMPRA

Cuando se considera la posibilidad de compra de un nuevo motor elctrico, el ingeniero responsable de la decisin debe valorar la rentabilidad econmica de pagar un costo adicional por el motor de alta eficiencia frente al ahorro derivado de un menor consumo energtico. Un aspecto principal en esta decisin es el tiempo de amortizacin de la inversin. Normalmente estas iniciativas de ahorro industrial consideran dos o tres aos el periodo de tiempo necesario para reintegrar el dinero invertido. Para el especialista el criterio de operacin que determina la idoneidad de una u otra eleccin es el nmero de horas de trabajo del motor. Los motores escasamente utilizados (por ejemplo, motores de accionamiento de vlvulas de control) por baja potencia requerida y/o pocas horas de trabajo no sern candidatos a elegir para ser motores de alta eficiencia. Sin embargo, los que operen de tal forma que determinen un consumo energtico elevado sern una buena oportunidad de instalar un motor de alta eficiencia. Considerando valores medios de carga del motor (75%), de mejora de eficiencia entre el motor estndar y el motor de alta eficiencia (entre el 2% al 5%), de costo de compra del motor, de periodo de amortizacin de tres aos y del precio de la energa, puede indicarse que es interesante la compra de un motor de alta eficiencia en los siguientes casos: En los motores entre 10HP y 75HP cuando operan 2500 horas anuales o ms. En los motores de potencias distintas a las anteriores (pequeos y grandes motores) cuando operan 4500 horas o ms.

CONCLUSINDebido a sus menores prdidas, los motores de eficiencia superior funcionan a temperatura ms baja que los motores equivalentes de tipo estndar. Ello redunda en una vida ms larga del aislamiento y del lubricante, y en menos tiempo improductivo. Asimismo, por su diseo especfico, tienen la capacidad de tolerar mayores variaciones de voltaje y, de ser necesario, mayores temperaturas ambiente. Un beneficio adicional es que, al generarse menor calor residual en el espacio que rodea al motor, se reducen las necesidades de ventilacin y/o acondicionamiento de aire del edificio. Ello puede representar ahorros adicionales.

Finalmente, reconocer fsicamente un motor de sper eficiencia es simple, ya que generalmente son de mayor longitud y peso que los motores estndar. Es recomendable reemplazar con estor motores equipos que hayan sido rebobinados, debido a que en cada reparacin sus caractersticas de rendimiento se ven disminuidas.Si bien es cierto que los motores elctricos de alta eficiencia son una alternativa importante para el uso eficiente de la energa elctrica, su aplicacin indiscriminada puede ocasionar la presencia de problemas de arranque o de sobre costo innecesarios. Por lo que es importante conocer sus caractersticas electromecnicas, ventajas, limitaciones, para analizar la pertinencia de su aplicacin en cada caso. El desconocimiento de las caractersticas electromecnicas de los motores de alta eficiencia ha llevado a que los ingenieros y tcnicos se formen conceptos errados sobre este tipo de motores.