La eficiencia energética es que tan efectivo es el motor eléctrico para convertir la energía eléctrica en energía mecánica. Esto lo podemos ilustrar en la siguiente figura:
Figura 1. Eficiencia Energética
Como se estudió en el post anterior, hay dos mundos en el tema de los motores IEC y NEMA, es por eso que ambas entidades han regulado las eficiencias que deben de tener los motores que se comercializan.
Ambas Normas han establecido categorías de eficiencia, donde se debe cumplir cierto valor para pertenecer a esa categoría. A continuación vemos los diferentes niveles que existen actualmente.
Figura 2. Clases de Eficiencia
CEMEP era la “European Commitee of Manufacturers of electrical machines and power electronics” Desde el 2011 ya no se utiliza, sin embargo podemos tener motores en Instalados con las siglas EFF1, que sería el equivalente a alta eficiencia o el EFF2 que sería la Estándar.
Es Estados Unidos, desde el 2010 es solamente permitido el Nema Premium, y se produce Alta eficiencia para exportar fuera de USA y Canadá como lo es nuestro país.
Y es IEC, la denominación Actual es IE1 (Estándar) IE2 (Alta eficiencia) e IE3 (Nema Premium)
Es importante dejar claro que para todos los motores son valores, distintos, existen tablas y la eficiencia depende del tamaño y la velocidad. A veces existe una confusión de creer que todos los Nema Premium tienen un mismo valor pero no lo es así, a continuación podemos ver la tabla de la norma que identifica los valores mínimos que debe cumplir un motor para poder ser etiquetado como NEMA Premium.
Tabla 1. Valores para cumplir con la eficiencia NEMA PREMIUM
Ahora no importa si es NEMA o IEC, ambas normativas manejan los mismos Valores. Eso Si NEMA siempre ha ido un paso adelante en lo que se refiere a normativas.
Lo podemos ver en la siguiente Imagen.
Se puede ver que el IE1 o Estándar desde 1993 en USA fue regulado mientras que en IEC hasta el 2008. El IE2 o Alta eficiencia en Estados Unidos desde el 2010 quedó prohibido mientras que en Europa hasta el 2015.
Otro punto a tomar en cuenta es que los fabricantes han tenido que hacer mejoras en los materiales y construcción para poder reducir al máximo las pérdidas y cumplir con las normativas.
En la siguiente imagen podemos ver como se ven por dentro 3 motores iguales pero con diferentes grados de eficiencia, y comprenderán también porqué si es el mismo motor, uno de mejor eficiencia tiene un valor más alto.
Figura 3. Motor de 10 HP 6 polos, IE1, IE2 e IE3
Todos los motores son de 10 HP en 6 polos, pero el motor de la parte superior es Eficiencia Estándar (IE1) , el de la parte inferior a la izquierda es Alta eficiencia (IE2) y el de la parte baja de la derecha es NEMA Premium ( IE3) . Se puede observar como a medida que la eficiencia aumenta también aumenta la cantidad de materiales utilizados, y el peso del motor también aumentará.
Un motor más eficiente no solo ahorra dinero, sino que también se vuele un motor más confiable, en la siguiente imagen se observa una prueba que se hizo con termografía a un motor donde se comprueba que si es de mayor eficiencia trabaja más frio, por lo tanto los componentes tendrán mayor vida útil.
Figura 4, Motor de 50 HP Alta eficiencia
Figura 5. Motor de 50 hP reemplazo Nema Premium
Se puede observar como el Alta eficiencia estaba operando a 77°C mientras que el Nema Premium bajo a trabajar a 69°C. Esto también ayuda a que puedan trabajar a rangos de velocidades menores con Variadores de Frecuencia.
Para ir cerrando, se estudiará cómo se calcula el consumo de un motor y como calcular el ahorro en $$$ cando se cambia un motor con una eficiencia mejor.
Lo primero que se tiene que tener es, cuantas horas por año en promedio trabaja el motor, también cuanto es el costo de mi kw/h promedio, y que porcentaje de carga tiene. En la siguiente Imagen están las fórmulas de cálculo.
Figura 6. Fórmulas para el cálculo de eficiencia.
Un aspecto importante es que si el motor no está al 100% de carga la eficiencia no será la nominal de placa, ya que la eficiencia es una curva tal y como se muestra a continuación.
Figura 7. Performance de un motor de 150HP Baldor
Se puede observar que incluso a ¾ de carga el motor es aún más eficiente con un 96,1%, que cuando está al 100% con un 95.8%, pero si trabaja muy vació a ¼ de carga se baja considerablemente casi 2%.
Otro aspecto que afecta la eficiencia de placa es que en promedio por cada rebobinada se puede perder un 2% de eficiencia, entonces también hay que saber si el motor ha sido rebobinado y cuantas veces. En estos casos se obtiene una recuperación mucho más rápida.
Una vez que se tiene el porcentaje de carga se define el valor de eficiencia, se introducen los datos en la fórmula de la figura6, se obtienen los kwh, este dato se multiplica por el valor del kwh, en Costa Rica a nivel industrial anda en promedio en unos $0,12, y así se obtiene cuánto dinero cuesta mantener ese motor operando esa cantidad de horas.
Este ejercicio se hace sustituyendo el motor nuevo con una eficiencia mejor y se obtiene de esa manera el ahorro.
Un ejemplo:
Un motor de 40 HP a 1800rpm Nema Premium tiene una eficiencia de 94.5% al 100% de carga
Un motor de 40 HP a 1800rpm, Eficiencia Estándar tiene una eficiencia de 93% al 100% de carga, suponiendo que tiene una rebobinada, tomaremos como valor de eficiencia de un 91%.
Supongamos que el costo promedio del Kw/h es de $0,12 y opera 8000 horas al año y están trabajando al 100% de carga.
Sustituyendo en la fórmula tenemos que:
Se puede observar es este caso que más que valorar el costo inicial, se debe considerar que el motor Nema Premium ahorrará más de $1000 al año.
De esta manera se pueden valorar los recambios, por ejemplo cuando se tiene que comprar un motor nuevo, podemos sacar el valor de la rebobinada y el costo del motor nuevo y ver con solo el ahorro energético en cuanto tiempo pago la diferencia para ver si mejor se hace la compra por uno nuevo.