Eficiencia energética en motores de inducción (2ª PARTE)

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Energía y ahorro en costes potencial

Los motores más eficientes ahorran energía, tanto directamente como indirectamente. Las mejores oportunidades de eficiencia con los motores proceden del ahorro energético. La mayoría del ahorro en costes se consigue ahorrando energía, aunque algunos ahorros en costes proceden de la forma como se compra la electricidad.

·         Consumo de energía reducida en el motor.  Los motores eléctricos más grandes anualmente consumen electricidad cuyo coste es varias veces el precio del motor. El ahorro energético conseguido actualizando la eficiencia del motor depende principalmente del tamaño del motor, sus horas de operación, su perfil de carga, su eficiencia y la eficiencia de reemplazamiento potencial. Adicionalmente, el ahorro en costes depende del precio unitario de la electricidad.

·         Demanda eléctrica reducida. En instalaciones donde se usan grandes motores, la factura de la electricidad incluye usualmente un cargo sustancial por demanda. Trabajando con la eficiencia de los motores puede conseguirse un ahorro significativo en los cargos por demanda.

·         Carga de calentamiento y enfriamiento de espacios. Las pérdidas de un motor eléctrico se liberan en el espacio en forma de calor. En los espacios con aire acondicionado los consumos quedan afectados.

Qué considerar al seleccionar un motor

A la hora de seleccionar un motor necesitamos considerar las siguientes características con el objetivo de buscar el motor más conveniente para cada aplicación. La mayoría de estas aplicaciones se expresan por ratings o especificaciones disponibles en catálogos.  Para aplicaciones especializadas, podemos necesitar características adicionales.

Eficiencia a carga máxima.  Usualmente encontraremos que la opción más económica se encuentra cerca del funcionamiento del motor próximo al punto de máxima eficiencia.

Eficiencia en carga parcial: Si los motores operan durante periodos largos a cargas reducidas, debemos estar seguros de estudiar las cifras de eficiencia a tiempo parcial.

Potencia nominal: Cuando sustituimos un motor debemos considerar la opción de cambiarlo por otro con una potencia nominal inferior. Para hacer esto, es posible que haya que reducir la carga. Esta oportunidad aparece como consecuencia de la aplicación de medidas de eficiencia energética. Por ejemplo, podemos ajustar el impulsor de una bomba para eliminar exceso de capacidad, lo cual en gran medida reduce los requerimientos de potencia de la bomba. En muchas ocasiones encontraremos sobredimensionados elevados que hacen que el motor opere a una eficiencia reducida. La eficiencia de un motor ocurre típicamente alrededor del 80 % de plena carga, pero la eficiencia queda cerca de máximos hasta que la carga cae bien por debajo de la mitad, excepto en pequeños tamaños. Además, los motores más grandes son más eficientes en total, y su eficiencia cae menos a bajas cargas. Cuando operamos un motor con un variador de frecuencia variable puede ser deseable sobredimensionar el motor para evitar el sobrecalentamiento.

Factor de servicio: El factor de servicio es el porcentaje más alto de respecto a plena carga al que el motor puede operar continuamente bajo condiciones de ensayo estándar sin sobrecalentamiento. El factor de servicio está relacionado con las temperaturas del motor. El factor de servicio proporciona un margen de error al calcular el tamaño de un motor que se necesita para una aplicación. El factor de servicio más bajo es 1,0. Los motores de alta eficiencia usualmente tienen un factor de servicio de al menos 1,15, pero eso no siempre es verdad. Los motores diseñados para aplicaciones de alto para típicamente tienen factores de servicio más altos, quizás tan alto como 1,40 en los tamaños más pequeños. Un factor de servicio más alto que uno es útil en aplicaciones donde el motor opera durante una gran fracción de tiempo a cargas bajas. Esto permite seleccionar el motor más pequeño posible, y por lo tanto alcanzar la mayor eficiencia a bajas cargas, sin miedo de sobrecalentar el motor durante periodos ocasionales de cargas pico. Un factor de servicio más alto permite operar a temperaturas ambientales más altas.

Características del par: El par es una fuerza rotacional. El par que un motor produce cambia radicalmente con la velocidad. Las aplicaciones del motor varían ampliamente en el par que se requiere a diferentes fracciones de la velocidad nominal. Por lo tanto, se dan nombres diferentes al par que se desarrolla en diferentes partes del rango de velocidad del motor.

·         Par a plena carga. El par a plena carga se mide a la carga nominal del motor. Esta carga ocurre a la velocidad nominal del motor. La calificación es especialmente importante para cargas que desarrollan más resistencia conforme se incrementa la velocidad. Bombas y ventiladores son las cargas más comunes de este tipo.

·         Par con rotor bloqueado: Es el par del motor cuando el eje se mantiene estacionario. Este es el par de arranque disponible del motor. Es importante cuando se selecciona un motor para impulsar una carga que tiene una gran resistencia de arranque, tal como las cintas transportadoras cargadas. También indica lo rápido que el motor puede acelerar una carga que tiene alta inercia, tal como un ventilador centrífugo o un elevador equilibrado. También indica lo rápido que un motor puede acelerar una carga que tiene alta inercia, tal como un ventilador centrífugo o un elevador equilibrado. El par de arranque es menos importante con cargas que se mueven libremente y tienen poca inercia rotacional, tal como las bombas centrifugadoras.

·         Par de tracción: Es el mínimo par que el motor puede producir. Esto típicamente ocurre como una fracción de la velocidad nominal. El motor se para y se quema después de arrancar si la carga requiere más par que esta cantidad, incluso si el motor es capaz de funcionar a la velocidad normal. Esta clasificación es importante cuando se manejan cargas que rápidamente desarrollan resistencia cuando arrancan, tales como los compresores recíprocos.

·         Par de avería: Es el máximo par que el motor puede producir. El motor pasa a través de un par de avería en la transición que va de parada a sobrecarga. El par de avería es importante en aplicaciones que tienen requerimientos de transición para par extremo, tales como las machacadoras de rocas.

Los fabricantes producen motores con diferentes requerimientos para varias características de par. El par tiene poco efecto en la eficiencia si todos los otros factores siguen siendo los mismos. Sin embargo, alcanzar un alto par requieres mayores desafíos en la geometría del motor, y la geometría del motor afecta la eficiencia. El par es el producto que fuerza el brazo del momento, así que los motores de alto par típicamente son más grandes en diámetro.

Entre los motores monofásicos, el par más alto se encuentra en los de arranque con condensador, seguido en orden descendiente por “fase dividida”, “condensadores divididos permanentes”, y motores de “polo sombreado”. Esta secuencia es la misma que el ranking de motores monofásicos en términos de eficiencia. En otras palabras, entre los motores monofásicos, la eficiencia más alta está correlacionada con el par más alto.

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