Estándares de la eficiencia del motor
Artículo técnico: Nueva norma de pruebas del motor
para la exactitud y la confiabilidad
Un nuevo estándar de pruebas internacionales para los motores eléctricos ha
entrado en rigor. IEC 60034-2-1: 2007-09 promete cifras más exactas de eficiencia y
establece la manera actualizada para un esquema de etiquetado para los motores
en Europa.
Si usted analiza la situación actual, le perdonarían pensar que las televisiones son los recursos
principalmente responsables de usar tanta electricidad para que las emisiones de CO2 se estén
elevando globalmente. Sin embargo, cualquier persona que mira un poco más de cerca pronto
descubre que los motores eléctricos en la industria y los edificios son, por mucho, los usuarios
más grandes de la electricidad.
Los motores utilizan cerca del 40% de electricidad en todo el mundo, el 60% a 70% de la
electricidad en el sector industrial y el 30% a 40% en el sector de los servicios. De toda la
electricidad usada por los motores, alrededor del 90% es utilizado por los motores de inducción
de CA entre 0.75 y 200 kW
Si estos motores fuesen apenas un poco más eficientes, las .
emisiones de CO2 podrían ser cortadas drásticamente.
Comparado a otros motores, los motores eléctricos son muy eficientes. Típicamente, el 95% de la
energía usada por un motor de alta eficiencia de 90 kW se convierte en trabajo útil; un motor de
automóvil es solamente 40-45% eficiente. Pero por el gran número de motores instalados
significa que incluso los pequeños cambios en eficiencia pueden hacer una grande diferencia.
Nuevo estándar de pruebas
El objetivo del nuevo estándar es traer mayor consistencia para las pruebas de motores en todo
el mundo.
A lo largo del tiempo, diversos estándares de prueba se han desarrollado para cumplir varios
requisitos de uso, sin necesariamente apuntar a medir la eficiencia del motor como prioridad.
Estos estándares de prueba han dado una indicación de la eficiencia del motor, pero al usarlos
como una base para comparar eficiencia se ha llevado a los motores con diferente desempeño
energético a aparecer como igualmente eficientes, haciendo difícil para los usuarios el tomar una
decisión adecuada.
Fuente: Universidad de Coimbra Motores de Bajo Voltaje
“Estamos dando la bienvenida al nuevo estándar internacional de pruebas de la IEC para los
motores eléctricos de baja tensión y particularmente al hecho de que los estándares de medida
de la eficiencia para los motores eléctricos se están armonizando por todo el mundo,” dice Mikko
Helinko, director de Investigación y Desarrollo de Motores en ABB. “Hemos esperado un largo
tiempo para que un terreno de juego justo sea introducido.”
ABB ya re-examinó su gama de motores según el nuevo estándar y publicó los nuevos valores de
la eficiencia en sus catálogos durante 2008.
La eficiencia decide los costos
Debido a la gran cantidad de energía usada por los motores de baja tensión, su eficiencia se
escudriña de cerca y conforme a varias pruebas y esquemas de etiquetado alrededor del mundo.
La eficiencia decide los gastos operativos del motor. Mientras que los motores de la eficiencia alta
(Eff1) cuestan normalmente 10-15% más que los motores estándar (Eff2), este precio es
compensado rápidamente por los ahorros de la energía. El costo de compra de un motor es
solamente cerca del 1% de su costo de ciclo de vida total, la electricidad es, en gran medida, la
mayor parte del costo.
Nuevo estándar de eficiencia necesario
Hace una década, la eficiencia del motor que se etiquetaba en el mercado europeo fue
establecida bajo un acuerdo voluntario entre los fabricantes de motores.
Con el auspicio de la Comisión Europea, los fabricantes que representaban el 80% de la
producción europea de motores estándar acordaron en 1998 establecer tres bandas de eficiencia,
Eff1, Eff2 y Eff3, para motores de inducción de la jaula de ardilla de dos y cuatro polos en la gama
de energía 1,1 a 90 kW. Las eficiencias debían ser medidas de acuerdo a una versión modificada
del estándar de pruebas EN 60034-2 (1996).
El sistema europeo fue acertado en la eliminación de los motores del rendimiento más bajo, Eff3,
del mercado. Sin embargo, fue menos acertado en la introducción de más motores en la
categoría de la eficiencia más alta, Eff1. A partir de 2000 a 2005, la participación de mercado de
los motores Eff3 encogió de 43% a 4%; Eff2 se levantó a partir de 54% a 85%; pero Eff1 había
logrado solamente capturar la cuota de mercado del 9% antes de 2005, partiendo de 3% a partir
de 2000.
Aunque originalmente fue diseñado solamente para funcionar a partir de 1999 a finales de 2003,
el esquema europeo ha seguido en pie.
Representó un paso enorme adelante de su tiempo, pero hoy no es más un buen indicador de la
eficiencia del motor y no puede ser utilizado para distinguir los tipos más eficientes del motor que
han estado disponibles dentro de la banda Eff1. Los estándares que se aplicaron en Europa
ahora necesitan ser substituidos y ser alineados con la corriente principal mundial. Motores de Bajo Voltaje
Los estándares obligatorios dan una eficiencia más alta
En retrospección, los mercados que eligieron estipular los estándares de funcionamiento
obligatorios de la energía mínima (por ejemplo E.E.U.U., Canadá, Australia y Nueva Zelanda)
fueron más acertados en la mudanza hacia los motores y los sistemas de alta eficiencia.
En Norteamérica, en donde los niveles obligatorios de la eficiencia se aplican, la cuota de
mercado para la clase del motor equivalente a Eff1, EPAct, tenía un 54% del mercado antes de
2005; mientras que en Premium Efficiency, una clase incluso más alta de eficiencia, tenía una
participación de 16%.
Hoy, 10 países con el 47% de la demanda de electricidad global tienen estándares de
funcionamiento de la energía mínima del motor. Se espera que 14 nuevos países, entre ellos los
europeos cubiertos por el acuerdo actual, se adhieran a este club antes de 2012, donde entonces
se cubrirá el cerca de 80% de la demanda de electricidad global
Métodos mejorados de la medida de la exactitud
La eficiencia del motor se puede medir directa o indirectamente.
La medida directa implica el comparar la energía eléctrica de entrada con la potencia de salida
en el eje. En la primera impresión, esto parece directo, pero la medida directa requiere técnicas
de medición extremadamente exactas y es también dependiente en la temperatura en el cuarto
de operación - una temperatura más baja hará que el motor parezca más eficiente. Con la medida
indirecta, la potencia de salida es determinada indirectamente midiendo la energía eléctrica de
entrada y las pérdidas asociadas dentro del motor. En este caso, la energía mecánica es la
entrada eléctrica menos pérdidas.
El viejo estándar europeo EN60034-2 utilizó un método indirecto. Sin embargo, un tipo de
pérdidas del motor, conocido como “pérdidas de carga adicionales”, que son particularmente
difíciles de medir, fueron arbitrariamente asumidas para ser 0.5% de la energía de entrada a
plena carga. Esto dio al estándar una amplia tolerancia de la medida.
El estándar también estipuló que la eficiencia del motor se debe medir con la temperatura de la
bobina del estator y del rotor en 95°C. Esto penalizó los motores diseñados para funcionar en una
temperatura más baja.
El nuevo estándar, IEC 60034-2-1: 2007-09, permite varios métodos de medida:
• Medida directa según lo utilizado por el método norteamericano IEEE 112-B (una prueba
de la medida del par).
• La medida con las pérdidas de carga adicionales determinadas de medidas con carga
parcial (método indirecto).
Fuente: IEA International Energy Agency – Agencia Internacional de Energía Motores de Bajo Voltaje
• Medida con las pérdidas de carga adicionales estimadas en 2.5% - 0.5% de la energía de
entrada en la carga especificada, dependiendo del tamaño del motor (método indirecto)
• Eh-star con la medida indirecta de las pérdidas de carga adicionales
Bajo el nuevo estándar, los fabricantes pueden seleccionar que métodos de medida aplicarán. La
documentación del motor debe indicar qué método fue utilizado.
“ABB se prepone utilizar el método con las pérdidas de carga adicionales determinadas de las
medidas con carga parcial, que estimamos dará el mejor reflejo de la eficiencia real,” dice Helinko
de ABB.
Tabla:
Comparación entre los viejos y nuevos normas de pruebas
Viejo estándar de pruebas de eficiencia
EN/IEC 60034-2: 1996
Nuevo estándar de pruebas de eficiencia
IEC 60034-2-1: 2007-09
Método directo Método directo
Método indirecto: Método indiirecto:
• pérdidas de carga adicionales estimadas en
0.5% de la energía de entrada en la carga
especificada.
• pérdidas de carga adicionales determinadas de
medidas con carga parcial
• pérdidas de carga adicionales estimadas en
2.5% - 0.5% de la energía de entrada en la carga
especificada.
• Eh star - método indirecto alternativo con el
cálculo matemático de las pérdidas de carga
adicionales
Pérdidas de la bobina en el estator y el rotor
determinados a 95°C.
Pérdidas de la bobina en el estator y el rotor
determinados a 25°C + incremento de
temperatura medido
Nuevo, cifras más exactas
Las pérdidas de carga adicionales son solamente una pequeña porción de las pérdidas totales
del motor, pero no son directas medir. Según lo mencionado previamente, los fabricantes se han
permitido utilizar un valor estimado para las pérdidas de carga adicionales (presuntas de ser
0.5%) al usar la medida indirecta bajo estándar europeo existente, EN60034- 2. Sin embargo, las
pérdidas reales son, en la mayoría de los casos, considerablemente más altas que el valor
estimado, particularmente en el caso de los motores pequeños, así que este estándar tiende a
sobrestimar la eficiencia del motor.
Las pérdidas del motor pueden dividirse en cinco áreas importantes: pérdidas de cobre; pérdidas
del hierro; pérdidas del rotor; pérdidas de la fricción y del bobinaje; y pérdidas de carga
adicionales. De estos, los cuatro primeros tipos de pérdida pueden ser determinados de la
potencia de entrada y la corriente del motor. Las pérdidas de carga adicionales son el resultado
del flujo magnético perdido, creado a medida de que el motor está funcionando, y son mucho más
difíciles de determinar. La inconsistencia en estándares de prueba está principalmente ligada a la
medida de las pérdidas de carga adicionales, dependiendo del estándar que el fabricante o las
aplicaciones del laboratorio apliquen. Motores de Bajo Voltaje
“El nuevo estándar permite la medida de estas pérdidas. ABB utilizará este método, que requiere
el equipo de medida altamente exacto,” dice Helinko.
“ABB ha adquirido ya el equipo necesario para realizar la prueba y estamos reexaminando
actualmente los motores para poder incluir los nuevos valores de la eficiencia en las siguientes
ediciones de catálogos de motores.”
Como el método usado bajo el viejo estándar con pérdidas adicionales estimadas dio lugar a que
las pérdidas totales sean subestimadas, el nuevo valor de la eficiencia calculado usando pérdidas
medidas será una figura levemente más baja. La nueva figura de la eficiencia no significa que el
diseño o el funcionamiento del motor hayan cambiado, sólo que ahora la eficiencia se mide
mucho más exactamente.
La tabla debajo muestra ejemplos de cómo las figuras de eficiencia varían entre el viejo y nuevo
estándar para tres diversos tamaños de motor.
Potencia de salida
especificada
Viejo estándar de pruebas de
eficiencia
EN/IEC 60034-2: 1996
Nuevo estándar de pruebas de
eficiencia
IEC 60034-2-1: 2007-09
Motor ABB 7.5 kW, 2 polos 88.4 % 87.9 %
Motor ABB 11 kW, 4 polos 90.9 % 90.3 %
Motor ABB 160 kW, 4polos 96.0 % 95.4 %
Este nuevo estándar está enfocado en el largo volumen de motores trifásicos entre 0,5 y 500 kW
usados en la industria, edificios e infraestructuras. Los tipos específicos de los motores se han
dejado abiertos, porque nuevas tecnologías de motores, como la de motores de imanes
permanentes, se esperan que sean esenciales para aplicaciones de alta eficiencia en el futuro.
Los muchos motores pequeños usados en aplicaciones caseras como en lavadores etc. no están
cubiertos porque ya son considerados en otros regímenes que ligan la eficiencia del aparato
completo. Tampoco los motores eléctricos para vehículos son considerados ya que a menudo
son hechos a la medida.
El régimen existente de etiquetado (Eff1, Eff2 y Eff3) permaneció en vigor hasta 2009, desde
2010 está siendo sustituido por una nueva clasificación de eficiencia del motor IEC (IEC 60034-
30). Cada modelo debe ser puesto a prueba de manera individual así que un esfuerzo importante
será necesario. A pesar de que los nuevos valores de eficiencia ya son publicados en los
catálogos, los actuales valores de la eficiencia seguirán siendo aplicables en relación con el
actual régimen de etiquetado.
"ABB está siguiendo de cerca la preparación de la nueva norma IEC para un futuro régimen de
etiquetado", dice Helinko. "IEC 60034-30 entró en vigor en 2009 y presentará un nuevo concurso
internacional de eficiencia en el sistema de clasificación, clases IE1, IE2 y IE3."
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