DEFINICIÓN DEL MOTOR DE INDUCCIÓN: Máquina eléctrica que convierte energía eléctrica en energía mecánica Wen Per. Wsal Wen = Energía de entrada en forma eléctrica Wsal = Energía de salida en forma mecánica Wper = Energía perdida durante el proceso en forma de calor
Componentes de un motor eléctrico
Factores que inciden en la eficiencia del motor En los motores de inducción tipo jaula de ardilla existen cinco tipos de pérdidas: Tres de ellas son dependientes de la carga. Las otras dos son pérdidas constantes e independientes de la carga.
A continuación se mencionan cada una de ellas: Pérdidas dependientes de la carga. Pérdidas en los devanados del estator Pérdidas en la caja del rotor (pérdidas por deslizamiento). Pérdidas misceláneas. Pérdidas independientes de la carga. Pérdidas en el núcleo del estator (pérdidas magnéticas). Pérdidas por fricción.
El factor de carga juega un papel importante en las pérdidas en los motores de inducción.
Factores que inciden en el consumo de energía 1. Horario de operación. Juega un papel importante en la reducción del consumo, cuando es posible el reajuste de los tiempos de programación de la producción. 2. Estado del mantenimiento. Existen factores relacionados con el mantenimiento que inciden de manera importante en la eficiencia del motor. Por ejemplo, al evitar el exceso de polvo y suciedad, tanto en el exterior como en el interior, se evitan calentamientos excesivos que contribuyen al incremento de las pérdidas por I2R.
3. Deterioro tecnológico. El grado de obsolescencia tecnológica afecta en gran medida el rendimiento energético de los motores, siendo este uno de los criterios más importantes para la selección de los motores sujetos a cambio tecnológico. 4. Grado de control y automatización. El grado de control tiene un impacto importante en el consumo de energía, siempre y cuando exista la posibilidad de ajustar las condiciones de operación del sistema objeto de estudio. Se aclara que la automatización de los procesos responde a: la homogeneidad de los niveles de producción y el grado tecnológico del proceso a automatizar (año de fabricación del motor, accionamientos obsoletos, entre otros).
Equipos utilizados para mediciones Los equipos que normalmente se utilizan para cuantificar el comportamiento energético de los motores son los siguientes: Analizador de redes Dranetz PX5. Analizador de redes Dranetz 440S. MCEmax En general, se puede utilizar cualquier equipo analizador que pueda almacenar la distorsión armónica de tensión con un período de registro de un minuto; y con la capacidad de almacenar simultáneamente la distorsión armónica individual desde el orden 1 hasta el 30.
Identificación de ineficiencias Para la identificación de ineficiencias en los motores se recomienda la realización de medidas tanto eléctricas como térmicas. Las medidas eléctricas se pueden realizar con analizador de red que permita el registro de potencias, tensiones y corrientes, entre otras. De igual forma, se deben hacer medidas térmicas con registradores de temperatura FLUKE 54 II y con cámaras termográficas, que comprendan la medición de temperaturas en el armazón del motor.
Medición de temperaturas en motores eléctricos: : : : . (Gp:) Medición de temperatura (Gp:) caperuza del motor. (Gp:) Medición de temperatura (Gp:) parte superior del (Gp:) armazón del motor (Gp:) Medición de temperatura (Gp:) termograma (Gp:) Medición de temperatura: termograma
Niveles de tensión alejados de los nominales: Cuando el motor opera a potencia nominal es recomendable que la tensión del motor sea muy cercana al valor de la tensión nominal con una desviación máxima del 5%. A pesar que los motores con Normas NEMA están diseñados para operar con una desviación máxima de 10% el voltaje nominal, las variaciones de tensión afectan significativamente la eficiencia, el factor de potencia y el tiempo de vida.
Suministros con desequilibrios de tensiones: Los factores que crean el desequilibrio de tensión son: cargas monofásicas, cables de diferente calibre, fallas de circuitos, etc. Los sistemas desequilibrados incrementan las pérdidas en el sistema eléctrico industrial y en el motor, aumentan el calentamiento y reducen la eficiencia del motor. Por lo tanto para evitar fallas por calentamiento las Normas recomiendan operar el motor con una potencia menor a la potencia nominal.
Análisis de las tensiones con distorsión armónica: Un alto contenido armónico en las tensiones de alimentación de un motor, tiene impacto sobre su potencia nominal. Cuando un motor eléctrico es alimentado con una tensión con gran contenido armónico se originan corrientes de altas frecuencias en el rotor, contribuyendo al incremento de las pérdidas por calentamiento y a la disminución de la potencia nominal disponible.
Opciones tecnológicas de ahorro de energía Desde el concepto de eficiencia energética es posible considerar las siguientes opciones como estrategias para el ahorro de energía: Uso de motores de eficiencia premium. Uso de variadores de velocidad para el control de motores. Corrección de caídas de tensión en la red de alimentación. Balanceo de la tensión en la red de alimentación. Compensación de energía reactiva. Uso de filtros (pasivos, activos o híbridos) para la mitigación de armónicos en la redes eléctricas de alimentación.
¿Cuando usar motores de alta eficiencia? Tiempos de operación prolongados. Potencias media a altas. Motor opera a plena carga la mayor parte de su vida útil. Los costos de la energía son altos. Aunque los motores de mayor potencia son más eficientes , sus pérdidas son significativas y no deberían ser ignoradas. De hecho, los motores de alta potencia ofrecen mayor ahorro de energía y justifican el costo de la inversión, ya que un solo motor puede ahorrar más energía que varios motores de baja potencia juntos.
Beneficios de un motor de alta eficiencia Operación fría, segura, larga vida útil del aislamiento, mayor capacidad de aceptar las tolerancias de: sobrecarga, desbalances de fases, subtensión y sobretensión. Menos necesidad de aire enfriamiento. Operación suave. Disponible para mayor altitud de operación. Apto para operar con variador de frecuencia y aplicaciones de control. Menos ruido.
MOTORES DE ALTA EFICIENCIA (Gp:) El estator tiene una coraza más grande para disminuir las pérdidas en las láminas de hierro que lo componen. (Gp:) Mayor cantidad de cobre en el devanado del estator para disminuir pérdidas resistivas. (Gp:) Rodamientos más eficientes para disminuir las pérdidas por fricción. (Gp:) La distancia entre el estator y el rotor es más pequeña para reducir pérdidas magnéticas. (Gp:) Barras del rotor fabricadas con aluminio de alta calidad para disminuir pérdidas resistivas.
Motor acoplado a un ventilador para el transporte neumático de residuos. El motor operaba durante períodos no productivos de la empresa, se realizó un programa de control de encendido y apagado. El ahorro mensual encontrado fue de 1..136 kWh/mes
Motor acoplado a un equipo de centrifugado de partículas. El motor se encontraba bastante deteriorado y en mal estado de mantenimiento.
(Gp:) Motor acoplado a un tambor para curtido de cuero. El motor se encontraba bastante deteriorado, se realizó un estudio para la sustitución del motor por uno de alta eficiencia y para el uso de variador de velocidad.