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Motores de alta eficiencia energética en la industria

Considerando que los motores eléctricos utilizan alrededor del 65% del consumo energético en la industria, se hace fundamental disminuir las pérdidas eléctricas en estos para contribuir a bajar los costos en energía.

El desarrollo tecnológico que han tenido los motores en los últimos añosha permitido que sean cada vez más eficientes, entregando la misma potencia mecánica en su eje, pero con un consumo energético cada vez menor. Este desarrollo parte desde el diseño mecánico del motor, reduciendo espacios en el entre-hierro, creando ranuras más grandes en el estator para permitir más alambre de cobre. Una parte fundamental son los materiales usados en la fabricación, preferentemente el cobre, considerando sus características y costo, para lograr los niveles de eficiencia determinados por normativas internacionales: IEC 60034- 30, en el caso de motores europeos, y MG1, en el de los americanos (ver Figura 1).


Tecnologías de motores de alta eficiencia

Existen distintos tipos de tecnologías de motores que alcanzan eficiencias superiores al estándar y que tienen características adicionales que las hacen atractivas para variados tipos de aplicaciones.

Los motores más utilizados son los motores asíncronos de inducción de jaula de ardilla, los que se han mantenido en la industria por su robustez y bajos costos de fabricación y mantención. Estos tipos de motores, como lo mencionamos anteriormente, han tenido mejoras mecánicas en sus diseños y en los materiales (por ejemplo, la incorporación de rotores de cobre) que hacen que sean más eficientes en comparación con motores antiguos de eficiencia estándar. Este tipo de motores están disponibles en eficiencias IE1, IE2, IE3 e IE4 (para IEC), y en Energy Efficient y Premium Efficient (en NEMA).

El segundo tipo de motor eficiente es el motor síncrono de reluctancia, el que tiene características muy interesantes en aplicaciones de alta dinámica. Por su diseño y confección, estos motores permiten un momento de inercia menor comparado con el motor de inducción de jaula de ardilla, lo que hace que pueda funcionar en ciclos de trabajo más cortos. Además, esto tiene una mayor eficiencia en carga parcial que un motor de inducción, pudiendo llegar sin problemas a niveles de eficiencia IE4 e incluso superior (ver Figura 3). Por ser un motor síncrono, debe ser utilizado siempre con un variador de frecuencia.

El tercer tipo de motor eficiente es el motor síncrono de imanes permanentes, el que permite obtener un alto par de salida en el eje a bajas revoluciones, permitiendo así reemplazar el elemento mecánico reductor, de un tren de accionamiento. Este tipo de motores -al igual que el motor de reluctancia- debe siempre ser controlado o energizado con un variador de frecuencia. Los niveles de eficiencia que pueden alcanzar en algunos casos son de 97 a 98%. Con estos altos niveles de eficiencia, es posible obtener en cortos o medianos plazos el retorno de la inversión.


Criterios para escoger un motor eficiente

Para una correcta selección de un motor eficiente, primero debemos tener en cuenta las regulaciones nacionales, las que nos fijan los niveles mínimos que se deben considerar. En el caso de Chile, existe un MEPS (Minimum Efficiency Performance Standard), el que nos indica cuál es el nivel de eficiencia mínima para motores entre 0,75 y 7,5 kW en 2, 4 y 6 polos, fijado en IE2, exceptuando motores con freno y motores con diseño específico para uso con VDF. También es importante reconocer los valores de eficiencia al 100% de la carga, los que aparecen en la placa del motor y/o en hojas de datos, para poder comparar las diferencias con otros motores del mismo nivel de eficiencia.

Otro aspecto a tomar en consideración, son los cálculos de retorno de la inversión para respaldar adecuadamente una compra. Para esto, debemos tener claro las horas de funcionamiento y los porcentajes de uso de su potencia nominal (100%, 75% o 50%).


Buenas prácticas de operación y mantención

Para mantener en óptimas condiciones un motor eléctrico, es importante conocer sus manuales de operación y mantenimiento en los que se indican los procedimientos mínimos a considerar en condiciones de transporte, almacenamiento y operación. En caso de no cumplir con estos requerimientos mínimos indicados por el fabricante, es posible dañar el motor o perjudicar su funcionamiento.

También se deben considerar a cabalidad los estándares de diseño para el que ha sido fabricado cada motor para no instalarlo en lugares o en aplicaciones de mayor requerimiento, lo que hará que se rebaje considerablemente su vida útil. Para evitar este tipo de problemas de operación, existen sistemas de Monitoreo de Condiciones (Condition Monitoring), los que se pueden instalar en motores para tener evaluación de temperatura, vibraciones, velocidad, entre otras variables, y que nos permitirán a través de conexiones de red Ethernet, visualizar en vivo estas condiciones para tomar decisiones predictivas y preventivas con respecto a mantenciones, para evitar paros innecesarios en la producción.


Por Samuel Hidalgo Rojas, Product Manager Low Voltage Motors & Drives en Siemens Chile.
http//www.siemens.com/motors
Agosto 2018
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