Gestión de Energías

1. Diciembre - 2016
MOTORES ELÉCTRICOS DE
INDUCCIÓN
EFICIENCIA
ENERGÉTICA
Ing. Williams Santos, MSc.

2. OBJETIVOS
 Realizar una breve introducción a las políticas
energéticas y la cronología de los motores
asíncronos.
 Conocer la clasificación de las máquinas eléctricas
y su principio de funcionamiento.
 Analizar el rendimiento en los motores eléctricos.
 Valorar la cantidad de ahorro energético que se
tiene al implementar motores Alta Eficiencia.
 Comprobar la hipótesis planteada con la
herramienta ETAP.

3. HIPÓTESIS
¿Será que un motor de Alta Eficiencia consume
menos energía que un motor estándar?

4. INTRODUCCIÓN
El constante incremento de la energía eléctrica y la
conservación del medio ambiente, hicieron que
países industrializados (EEUU y Europa) dictaran
políticas y se aprobaran legislaciones respecto al uso
de la energía.
Políticas Energéticas
Uso de la Energía en el Mundo
Considerando que la energía total generada en el
mundo, aproximadamente el 60% la consume los
motores eléctricos; y, el más usado el motor
asíncrono jaula de ardilla. Por tal razón se establece
el incremento obligatorio de la eficiencia de estos
motores. Fuente: U. del Valle, año 2012

5. INTRODUCCIÓN
En 1990 el Departamento de Energía de los Estados
Unidos mostró que para el año 2010, la industria
podría ahorrar 240 mil millones de kWh anualmente
reemplazando motores y accionamientos de
eficiencia estándar, por otros que fueran 2 a 6% más
eficientes.
Estudio realizado en los EEUU
Este tipo de política energética a tardado en
establecerse y las cifras en cuanto al uso de
motores más eficientes son muy inferiores a los
países industrializados.
Países Subdesarrollados
Fuente: U. del Valle, año 2012

6. INTRODUCCIÓN
Razones:
 En las prácticas tradicionales de compra no se evalúa el
costo real de la energía, porque no se comprende la
relación entre la eficiencia y los costos totales durante la
vida útil del equipo.
 Los compradores se concentran con frecuencia en el bajo
costo inicial; no comprenden suficientemente que los
motores y accionamientos con mayor eficiencia, aunque son
más costosos inicialmente, gracias a los costos de
operación más bajos, compensan en un plazo apropiado.
 Poca información que tienen los ingenieros y técnicos
encargados de los procesos industriales respecto a los
motores de alta eficiencia.
Países Subdesarrollados
Fuente: U. del Valle, año 2012

8. CRONOLOGÍA DE LOS MOTORES ASÍNCRONOS
16 JUNIO 2011
El rendimiento en:
0,75 – 375kW
1 ENERO 2015 1 ENERO 2017
No será < IE2
“Alta Eficiencia”
El rendimiento
en: 7,5 – 375kW
No será < IE2 o
IE3 “Alta o
Premium” y
equipados
regulación de
dos velocidades
El rendimiento en:
0,75 – 375kW
No será < IE2 o
IE3 “Alta o
Premium” y
equipados
regulación de
dos velocidades
Fuente: WEG, año 2013

10. MÁQUINAS ELÉCTRICAS
Independiente
Serie
Shunt o Derivación
Compund
DeexcitaciónMotores Asíncronos
Generadores
Eléctricos
Monofásicos
Trifásicos
Motores Corriente
Continua
Motores Corriente
Alterna
MÁQUINAS ELÉCTRICAS
ESTÁTICAS
MÁQUINAS ELÉCTRICAS
ROTATIVAS
Transformadores
Convertidores e Inversores

11. MOTOR ELÉCTRICO
PRINCIPIO DE FUNCIONAMINETO
El funcionamiento del motor asíncrono de inducción
se basa en la acción del campo magnético giratorio
generado en el circuito estatórico (estator) sobre las
corrientes inducidas por dicho flujo en el circuito del
rotor.

13. RENDIMIENTO
¿Qué es la rendimiento en los motores
eléctricos?
Puede decirse que es la medida de la capacidad que
tiene un motor de convertir la energía eléctrica
en energía mecánica.
Potencia mecánica de salida = Potencia eléctrica de entrada - Pérdidas
El valor mas alto de rendimiento sería la unidad, si
acaso las pérdidas fueran cero.

14. Conversión de la Energía Eléctrica
Pin [kW]
Pérdidas
Pout [kW o HP]
MOTOR ELÉCTRICO

15. EFICIENCIA ENERGÉTICA UTILIZANDO
MOTORES ASÍNCRONOS DE ALTA
EFICIENCIA

16. EFICIENCIA ENERGÉTICA
Eficiencia
Energética
…consiste en reducir la cantidad
de energía para obtener un
mismo producto y/o servicio,
buscando las energías renovables
y protegiendo al medio ambiente.

18. MOTOR ALTA EFICIENCIA
¿Qué es un Motor Asíncrono de Alta Eficiencia?
Es una máquina de inducción rigurosamente fabricado
bajo NORMAS INTERNACIONALES, donde se aplica la
innovación tecnológica de materiales de la más alta
calidad, lo que ha mejorado en su diseño e
incrementado su RENDIMIENTO.

19. PÉRDIDAS PRODUCIDAS EN UN MOTOR ELÉCTRICO
Pout [kW o HP]

20. MOTOR DE ALTA EFICIENCIA
Pérdidas técnicas en los motores eléctricos
Los motores estándar tiene mayores pérdidas
técnicas que un motor de Alta Eficiencia; esto debido
a que son fabricados con materiales de baja calidad
y no cumplen Normas de Técnicas.

22. ¿Cómo disminuir las pérdidas técnicas?
Pérdidas en el Estator
 Aumentar la cantidad de cobre alojado.
 Mayor tamaño de la ranura.
 Disminuir cabeza de bobina.
Pérdidas Entrehierro
 Mejorar la calidad de la chapa magnética
 Disminuir el espesor de las chapas
 Aumento del entrehierro
 Aumentar longitudinalmente el paquete magnético.
MOTOR DE ALTA EFICIENCIA

23. Pérdidas en el Rotor
 Aumentar la inducción en el entrehierro.
 Aumentar tamaño de las barras conductoras.
 Aumentar la conductividad de las barras,
rotores de cobre.
Pérdidas Rozamiento
 Utilización de ventiladores más eficientes.
 Utilización de rodamientos con bajo nivel de pérdidas.
 Rodamientos más pequeños.
Continuación
MOTOR DE ALTA EFICIENCIA

24. Pérdidas Adicionales
Estas pérdidas no dejan de ser por el efecto Joule
y Magnéticas, aunque son análogas a las
anteriores se tratan separadamente porque
utiliza métodos diferentes.
 Modificación del número de ranuras.
 Inclinación ranuras de rotor.
 Conexión en triangulo /estrella.
 Devanado de dos capas
 Forma de las ranuras del rotor
 Mejorando el mecanizado.
Continuación…
MOTOR DE ALTA EFICIENCIA

26. NORMAS INTERNACIONALES
Las Normas internacionales CEMEP, NEMA e IEC
están incentivando a los fabricantes de motores
a disminuir las pérdidas técnicas al máximo y
contribuir con las políticas energéticas actuales
en favor del ahorro de la energía.
NORMA Europea NORMA Americana
Logotipo que identifica Motores de Alta Eficiencia

27. ¿Cómo identificar un motor de Alta Eficiencia?
El motor que cumple las Normas de Eficiencia
Energética lleva en su placa de características el
logotipo que lo identifica.

28. CEMEP, NEMA e IEC 60034-30
Super Premium Efficiency
Premium Efficiency
High Efficiency
Standard Efficiency
Below Standard Efficiency
CEMEP*
EFF1
EFF2
EFF3
EEUU
NEMA
Premium
EPAct
IEC 60034-30
IE4**
IE3
IE2
IE1
*CEMEP declaró desde 16 junio 2011 la marca registrada “EFE” no será empleada más.
**De acuerdo con la norma IEC 60034-31 ed. 1.
IEC-Comisión Electrotécnica Internacional
CATEGORIA
Fuente: WEG, año 2013

30. VALORACIÓN AMBIENTAL
Disminución de CO2 al remplazar un motor EFF
Reducción de emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) se
miden t CO2 equivalente, traducen Certificados Emisiones Reducidas
(CER); 1 CER = 1 t CO2, proyectos resultantes MDL, mercados
carbonos países industrializados
Régimen de comercio de derechos de emisiones de California en la
segunda subasta en febrero del 2013, el precio 13,62 USD/t CO2
(ECOACSA, 2013)
Al NO GENERAR 1 kWh de energía eléctrica se deja de emitir al
medio ambiente 0,59 kg-CO2).
Fuente: Energy Efficient Driven Systems, Abril 2004).

31. HERRAMIENTA ETAP

32. SOFTWARE ETAP
 Se instalará el programa en las computadoras personales.
 Implementar el circuito propuesto en la hoja “EJERCICIO DE ETAP”.
 Correr flujo de carga (LF).
 Realizar el arranque de motor para comprobar las curvas de: torque
de motor, torque de carga, velocidad, voltaje de barra, kW de
entrada y salida.
El software ETAP es una herramienta que permitirá comprobar la
hipótesis planteada en este seminario.

33. CUESTIONARIO
 ¿Qué cantidad de energía se ahorraría?
 ¿Cuál es el valor de pérdidas en cada tipo de motor? (Interprete la
diferencia).
 ¿Cuánto de CO2 se dejaría de emitir al medio ambiente?
 ¿En qué tiempo se recuperaría la inversión?
Al reemplazar un motor estándar por uno de Alta
Eficiencia se debe verificar:

35. MOTOR ASÍNCRONO
POTENCIA NOMINAL
Es la potencia útil disponible que entrega o produce en régimen
nominal una máquina eléctrica. A condiciones diferentes se llama
POTENCIA ÚTIL o POTENCIA DE TRABAJO.
Potencia Nominal = Potencia a Plena Carga.
Potencia nula = Potencia en Vacío.
Aclaratorias
P = ⱱ3 * V * I * cos fi

36. MOTOR ASÍNCRONO
TENSIÓN
Es la diferencia de potencial entre los bornes de salida eléctrica en
generadores y transformadores, y bornes de entrada en los motores.
TENSIÓN NOMINAL
Es aquella para la cual la máquina ha sido diseñada (o dimensionada).
TENSIÓN DE SERVICIO
Es el valor de la tensión en los bornes de la máquina cuando está en
servicio, es decir, es la tensión que va ha ceder si es generador o
recibir y ceder si es transformador o recibir si es motor, en el lugar
donde se instalan.
Tensión de servicio máximo admisible 1,15 VN
Aclaratorias

37. MOTOR ASÍNCRONO
CORRIENTE NOMINAL
Es la corriente a la cual funciona un motor con su potencia nominal.
Un motor debe estar sobrecargado un 10-15% de su valor nominal por
un lapso de tiempo.
La corriente de arranque de un motor es 3 In a 5 In.
Aclaratorias
FACTOR DE POTENCIA
Es la relación entre la potencia activa y la potencia aparente, siempre
que las tensiones y las corrientes sean sinusoidales.

38. MOTOR ASÍNCRONO
FRECUENCIA
Es el numero de oscilaciones periódicas completas de la onda
fundamental durante un segundo.
En los generadores de corriente alterna la frecuencia esta dada por:
P = Par de polos de la máquina
n = rpm
Aclaratorias
f = P. n / 60

39. MOTOR ASÍNCRONO
VELOCIDAD DEL MOTOR
La velocidad de giro del rotor es menor que la velocidad del campo
magnético giratorio.
p = Par de polos del motor
n = rpm
f = frecuencia de la red
Aclaratorias
n= 120 f / p

40. MOTOR ASÍNCRONO
Aclaratorias
POTENCIA
NOMINAL DE
UN
GENERADOR
POTENCIA
NOMINAL DE
UN MOTOR
POTENCIA
NOMINAL DE
UN
TRANSFORMA
DOR
Potencia Aparente
en los bornes del
Secundario
Potencia Aparente
en los bornes del
Secundario
Potencia Mecánica
disponible en el eje
de Salida

41. MOTOR ASÍNCRONO
Aclaratorias TIPOS DE CONEXIONES

42. GRACIAS
GRACIAS
GRACIAS