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 Oportunidades de Ahorro en Motores Eléctricos
Por Oscar Núñez Mata, Ingeniero Electricista, Estudiante Magíster en
Ciencias de la Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Chile.  •   o.nunez@ieee.org
 

El ahorro energético tiene dos motivaciones fundamentales: promover el ahorro económico y minimizar el impacto ambiental. Si se aplica una visión amplia del problema, el reto que impone este tema es significativo, pues no basta con medidas aisladas, sino que se necesita una articulación de acciones en un plan. En esta columna, hablaremos de un Plan de Manejo de Motores que busca, además del ahorro energético, otros objetivos. Asimismo, plantearemos algunas medidas concretas para el ahorro energético en motores eléctricos.

Algunas organizaciones internacionales, como la Agencia Internacional de Energía en el 2011, indican que los sistemas con motores eléctricos consumen entre 43% y 46% de la electricidad en el mundo, indicando que este porcentaje puede aumentar dependiendo del caso particular de cada país. Igualmente, muchos estudios y programas de ahorro energético con sistemas de motores eléctricos plantean oportunidades de reducción del consumo entre 20% y 40%. Sin embargo, las medidas aisladas no tendrán el mismo impacto que abordar de manera integral esta problemática, por medio de un Plan de Manejo de Motores (PMM).

Un PMM promueve el ahorro energético y aumenta la confiabilidad, que redundará en ahorros adicionales y mejoras en la productividad. Puede convertirse en una herramienta que facilite la introducción de la nueva norma ISO 50001:2011 (Sistemas de Gestión Energética) y establecerá un marco para organizaciones, plantas industriales, instalaciones comerciales, institucionales y gubernamentales, para gestionar la energía.

La estrategia de un PMM se ejemplifica en la Figura 1, donde se resalta el concepto de la Mejora Continua. Cabe destacar que el proceso parte con la creación de Compromiso, desde la gerencia hacia toda la estructura de la organización. Se sugiere, además, revisar la norma IEEE 739-1995 (Prácticas Recomendadas para el Manejo de Energía en la Industria y Comercio).

¿Cuándo implican las vibraciones un problema?
La mayoría de los dispositivos industriales está diseñado para funcionar con suavidad y evitar las vibraciones, no para producirlas. En estas máquinas, las vibraciones pueden indicar la existencia de un problema o el deterioro de un equipo. Si no se corrigen las causas subyacentes, estas vibraciones no deseadas pueden provocar daños adicionales.

Ejemplos de equipamiento que no debería vibrar pueden ser motores eléctricos, ventiladores, bombas y compresores rotativos. En estos dispositivos, es mejor un funcionamiento suave y lo ideal es que la máquina funcione sin ningún tipo de vibración.


Algunos componentes que deben incluirse en un PMM son los siguientes:

1. Políticas de compra de motores nuevos y partes de repuesto.

2. Procedimientos para apoyar la decisión “Reparar o Reemplazar” un motor cuando falla.

3. Herramientas para el análisis de fallas.

4. Programas de reemplazo de motores existentes.

5. Guía de selección y evaluación de centros de servicio para reparación de motores y equipos auxiliares.

6. Programas de mantenimiento preventivo y predictivo.

7. Procedimientos para almacenamiento de motores y partes de repuesto.

8. Programa de capacitación del personal.

9. Proyectos de ahorro energético con motores.

10. Recopilación de las Políticas Nacionales al respecto.

11. Programa de reciclaje/disposición de desechos o equipos obsoletos.

Figura 2. Comportamiento de un motor ante cambio de voltaje.

Figura 3. Vista parcial de un acople flexible de diseño especial.


Algunas recomendaciones

A continuación, ofrecemos algunas ideas concretas sobre el tema de ahorro energético en motores, que se pueden implementar:


1. Sobre la Alimentación Eléctrica.

a. Alto o Bajo voltaje: Alimentar con Alto o Bajo voltaje impacta la eficiencia. La situación más crítica es una caída de voltaje. La Figura 2 muestra datos reales. Nótese que la eficiencia baja de 84,4% a 80,6% por cambio en el nivel de voltaje, con un adicional incremento de temperatura, lo que afectará la vida útil del aislamiento.

b. Desbalance de voltaje: Un desbalance de voltaje de 3%, provoca un desbalance de corriente de 18%, lo que produce Calor y Pérdida de Torque. En motores de eficiencia superior, se recomienda un desbalance de voltaje máximo de 1%, para alcanzar los niveles de ahorros esperados. Es importante mencionar que el desbalance de voltaje se debe medir con el motor apagado.


2. Los Aspectos Mecánicos.

a. Rodamientos: La selección correcta de rodamientos asegura mantener las pérdidas por fricción acotadas. En rodamientos abiertos (sin sellos), se deben establecer programas de reengrase. El éxito de esta labor depende de:
- Correcta selección de la grasa.
- Establecimiento de períodos y cantidad de grasa por horas uso, tamaño del rodamiento, ambiente, velocidad y temperatura de operación.
- Uso de procedimientos correctos.

b. Abanico/Ventilador: El ventilador es diseñado cuidadosamente por el fabricante. En caso de daño del ventilador, se sugiere reemplazarlo por el original para mantener las pérdidas por ventilación.

c. Vibración: Toda fuerza de vibración implica una pérdida de potencia e impacta la integridad mecánica de la máquina. Se sugiere realizar mediciones de vibración periódicas y mantenerlas por debajo de los niveles recomendados.

d. Alineamiento: Un correcto alineamiento del motor y la carga elimina vibración, maximiza la vida de los rodamientos y extiende la vida de todo el sistema, mejorando la eficiencia de la máquina. Cualquier desalineamiento paralelo o angular, produce fuerzas radiales y axiales dañinas.

e. Acoples: El uso de acoples flexibles especiales puede absorber cierto nivel de desalineamiento, lo que mejora la operación del sistema y la eficiencia. La Figura 3 muestra un diseño comercial de acople flexible.

f. Poleas/Correas: El alineamiento de las poleas debe ser el mejor posible. Igualmente, la tensión en correas debe ser la ideal. Además, controlar adecuadamente la vida útil de las correas influirá en la eficiencia del sistema.

g. Reductores o multiplicadores de velocidad: Los sistemas mecánicos de cambio de velocidad también se caracterizan por un nivel de eficiencia, ya que transforman velocidad/torque y una fracción de la potencia se pierde. Hay de tipo Helicoidal, Cónicos, Espirales y Tornillo Sin Fin. Cada uno presenta niveles de eficiencia distintos, por lo que es recomendable solicitar este dato a los proveedores en el momento de la compra.


3. Desempeño.

a. Eficiencia: Los fabricantes siguen una estrategia clara para aumentar la eficiencia: Minimizar las Pérdidas. La Figura 4 muestra los porcentajes de costos que se aplican durante la vida útil del motor, desde la compra hasta su retiro.

Nótese que el 97% corresponde a Energía, de ahí la importancia de evaluar la eficiencia de un motor. El punto de mejor eficiencia se alcanza por encima de 60-75% de carga, y los motores sobredimensionados presentan bajos niveles de eficiencia. Los motores que son buenos candidatos a ser sustituidos por modelos de Eficiencia Superior (Alta Eficiencia o Premium) son aquéllos que operan sobredimensionados para su carga y tienen tiempos de funcionamiento prolongados.

b. Factor de potencia: Esta variable también depende de la carga. Entre más cargado está el motor, tiene un mejor factor de potencia, lo que es beneficioso. Además, es conveniente establecer métodos de corrección del bajo factor de potencia para ahorros y mejoras en la operación del sistema eléctrico. La Figura 5 muestra ambas variables en función de la carga.
 

Aplicación y Uso.

a. Variadores de velocidad electrónicos: Se pueden lograr ahorros cuando se aplican en cargas de tipo Torque Variable, como abanicos ventiladores y bombas centrífugas, donde se establece un lazo cerrado para controlar el fluido que se mueve.

Un ejemplo es una aplicación de control de presión en un sistema de agua potable. El variador controla la velocidad del motor según la demanda de fluido. La Figura 6 muestra la característica de estas cargas, donde la potencia demandada es proporcional al cubo de la velocidad (velocidad elevado a la 3era potencia).


Figura 5. Comportamiento de las variables con la carga mecánica.

Figura 6. Curva de Potencia vs. Velocidad en cargas de Torque Variable.


b. Arrancadores a voltaje reducido: El uso de estos equipos tiene ventajas, como las siguientes:

Eléctricas:
- Reduce la corriente de arranque.
- Baja el peak de demanda a la red.

Mecánicas:
- Reduce el estrés en los componentes de la transmisión, previniendo ejes y engranes rotos, cadenas dañadas, y el golpe de ariete en las bombas centrífugas.

Para los arrancadores electromecánicos (Estrella-Triángulo, Auto-transformador), el ajuste de tiempo de transición se debe hacer en el momento que el motor alcanza el 80% de la velocidad nominal para lograr el objetivo buscado.

Mayo 2012
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