En los próximos años la Eficiencia Energética jugará un rol protagónico en la toma de decisión de varios sectores consumidores de energía. A fin de optimizar la utilización de recursos energéticos para obtener una mejora en productividad y en calidad de vida, los expertos recomiendan, como una de las medidas, la implementación de mejoras tecnológicas en algunos de los procesos que representan mayor consumo a escala mundial.

En el nivel de uso final de la energía, los sistemas de motores (bombas, ventiladores, compresores, máquinas de transporte, de procesos, etc.) se consideran entre los que realizan mayor consumo de energía eléctrica a nivel global, estimándose en un 46% del total (Fig. 1). Mientras que en el sector industrial puede llegar al 70% (IEA, 2011).

nota-5Fig. 1 – Consumos globales de electricidad por fuente. (Fuente: IEA, Efficiency Series 2011)

Dentro de este sector, las mejoras de los sistemas de mayor antigüedad tienen el potencial de ahorrar entre un 10% y un 30% del consumo de energía. De esta manera se estima que dichos créditos compensarían las inversiones en componentes que incrementen la eficiencia, en un plazo de cuatro a seis años, dependiendo de las tarifas. Además, los sistemas de motores industriales más eficientes llevan a optimizar procesos y calidad productiva, una menor demanda de enfriamiento y un nivel de ruido reducido. Estas ventajas son producto de las mejoras en los componentes del sistema, dimensionamiento, condiciones de operación y mantenimiento, y la adaptación a la demanda real del proceso.

Entendemos como un sistema de motor a todo aquel que incluye, desde la entrada eléctrica a la salida mecánica (Fig. 2) [1]:

  • El circuito eléctrico (cables de alimentación, fuente de alimentación ininterrumpida, de transformación, de corrección de factor de potencia, arranque suave, aparatos de conexión, etc.).
  • El motor eléctrico propio, que incluye todos sus elementos auxiliares para el arranque.
  • Los componentes mecánicos (engranajes, correas de transmisión, frenos, embragues, carretes, etc.).
  • La aplicación de uso final (bombas, ventiladores, compresores, proceso mecánico, etc.).

nota-5Fig. 2 – Componentes del Sistema de Motor. (Fuente: Impact Energy Inc., 2014)

La disponibilidad de innovación tecnológica para motores viene de la mano de avances como el imán permanente (PM) y la conmutación de motores de reluctancia (SR), que ofrecen mayores niveles de eficiencia, pero aún estos productos tienen actualmente una pequeña porción de mercado.

Sin embargo, la mayor oportunidad para optimizar el uso de energía radica en la mejora de la eficiencia de los sistemas de motores industriales. Estos incluyen una combinación de componentes tales como motores, variadores de frecuencia (VFD), componentes mecánicos (engranajes, correas, frenos, embragues) y aplicaciones (por ejemplo, bombas, ventiladores y compresores) (Fig. 2) [2]. Es por esto que en la actualidad existen estándares internacionales que normalizan la aplicación de mejoras de Eficiencia Energética en los mencionados sistemas.

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La IEC 61800-9-2 se focaliza en la interacción de motores con los variadores de frecuencia (VFD). Dado que un número cada vez mayor de aplicaciones de motores están trabajando con cargas variables, el 40% y el 60% de todos los sistemas de motores se beneficiarían del uso adecuado de los variadores de frecuencia, y esto representa un gran potencial para mejorar la eficiencia energética de los sistemas de motores industriales. Tradicionalmente, la necesidad de operar a carga parcial se ha cumplido mediante: motores asíncronos tradicionales de velocidad fija a carga reducida, con entrega de par reducido, o adición de dispositivos mecánicos, tales como válvulas reguladoras, amortiguadores y by-passes a fin de reducir el flujo de material, gas o líquido. Un variador de frecuencia, por otra parte, controla electrónicamente tanto la velocidad de rotación y el par del motor para que coincida con la demanda. También permite a los motores, con un par de arranque pesado, arrancar más fácilmente [1].

Por otro lado, la norma IEC 60034-30-1 es la que establece el Código IE de eficiencia en motores eléctricos. Esta escala se acomoda muy bien a la gama de motores disponibles actualmente en el mercado mundial, de baja eficiencia (IE1) a los de mejores tecnologías (IE4). Las clases de IE requieren una mejora en pérdidas de alrededor del 20% entre las escalas de niveles sucesivas. El alcance de las clasificaciones de motores en IEC 60034-30-1 se amplió en 2014 para incluir los motores con una potencia de 0,12 kW a 1000 kW en 2, 4, 6 y 8 polos para 50 Hz y 60 Hz según se observa en la siguiente Fig. 3 para motor de 4 polos, 50 Hz:

nota-5Fig. 3 – Clases de Eficiencia de motores eléctricos (4 polos, 50 Hz) según norma IEC 60034-30-1. (Fuente: IEA)

Desde 1995, los motores eficientes han ganado una parte del mercado mundial cada vez mayor debido a la existencia de este marco de normas internacionales que clasifica a los motores (IE1 a IE4) en función de su clasificación energética. Estas normas han sido ampliamente adoptadas en algunos países y forman una plataforma técnica común que sustenta políticas nacionales encaminadas a incrementar la utilización de estos motores.

Brasil y Australia han adoptado la estandarización de motores clase IE2 (alta eficiencia), mientras que EEUU, Canadá, México y Europa han hecho lo respectivo con la clase IE3 (eficiencia premium). Se espera que el mercado de motores se expanda en un 2,5% anual hasta 2019 (IEA, 2014), impulsado principalmente por el crecimiento en los países en expansión. En el caso de Argentina, aún no se cuenta con un marco de estandarización mandatorio y un programa de financiamiento que, de llegar a implementarse, aportarían significativamente a la reducción de la demanda eléctrica en el sector industrial.

Referencias:

[1] IEA 4E (2015), “Energy efficiency roadmap for electric motors and motor systems”, OECD/IEA, Paris.

[2] IEA 4E Electric Motor Systems Annex (2014), “Policy Guidelines for Electric Motor Systems Part 2: Toolkit for Policy Makers”, Zurich Switzerland.