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Motores de alta eficiencia: haciendo realidad la EU-MEPS


Apostar por la eficiencia de los motores no es sólo una cuestión de ley, sino una oportunidad de eficiencia económica y ambiental

Motores de alta eficiencia: haciendo realidad la EU-MEPS

Este pasado 1 de enero de 2017 se activó la última fase que marca la normativa EU-MEPS respecto a los mínimos rendimientos que un motor eléctrico ha de cumplir para estar bajo norma.

Es sin duda una buena noticia. Poco a poco los primeros pasos realizados en Europa con el proyecto UE ecodesign están recogiendo sus frutos. No hemos de olvidar que los motores eléctricos suponen el 65% de la energía eléctrica mundial consumida en la industria. Ciertamente se trata de un consumo muy alto, y por un momento hemos de pararnos a pensar en el alto número de motores que nos rodean a diario, especialmente en la industria, pero también en los grandes edificios, zonas comerciales, resorts...

En realidad están por todas partes, aunque pocos de ellos son visibles: trabajan en la sombra para que todo funcione. De esta manera, si hay tantos y consumen tanto, es normal que exista una regulación para ellos.

Existen dos normas IEC (International Electrotechnical Commision) que dan cobertura a los motores eléctricos. La IEC/ EN 60034-2-1, que establece el protocolo de medición para saber el rendimiento de un motor; y la IEC/EN 60034-30-1, que establece qué calificación de eficiencia le corresponde en función del rendimiento obtenido por el motor.

 

La EU-MEPS utiliza estas 2 normativas europeas y crea el mínimo nivel de eficiencia para los motores que van a trabajar en Europa. Así, las siglas de EU-MEPS significan European- Minimum Energy Performance Standard.

De igual forma que vivimos la casi total desaparición de las bombillas incandescentes, al menos en lo que respecta a su fabricación para el mercado europeo, la EU-MEPS estableció un calendario de implementación para que, de forma gradual, los motores menos eficientes vayan desapareciendo de la Comunidad Europea, estableciendo unos mínimos de eficiencia que tienen un efecto directo en unas menores emisiones de CO2, que es el objetivo final.

Según un estudio de la Agencia Internacional de la Energía del 2009 (Figura 1), si no se realizara ninguna acción regulatoria, las emisiones para el año 2030 serían aproximadamente de 40 gigatoneladas de CO2, una situación insostenible de emisiones. Sin embargo, aplicando una serie de medidas, el nuevo escenario muestra unas emisiones cercanas a las 27 gigatoneladas para la misma fecha (450 Policy Scenario), unas emisiones que sin ser las deseables, sí son más sostenibles.

Según el organismo, el 57% de las medidas cae del lado de la eficiencia energética, y aquí la eficiencia de los motores eléctricos y su regulación tienen mucho que aportar. Aunque muy lentamente, se avanza por el buen camino.

Figura 1. Fuente: Agencia Internacional de la Energía.

 

Calendario de implementación de la EU-MEPS

Podríamos decir que el punto de partida está en la directiva de ecodiseño, la Eco- Design Directive (2005/32/EC) del 2005, que hace referencia a los equipos consumidores de energía y decide ir más allá con la posibilidad de implementar un calendario de adaptación.

El verdadero hito se produce el 22 de Julio de 2009, cuando finalmente la Comisión Europea integra los requisitos de ecodiseño a los motores eléctricos, estableciendo para los fabricantes de motores un tiempo prudencial de 2 años para adaptar los procesos de fabricación de motores a estos estándares de eficiencia. Así, los fabricantes europeos y los que quieren vender en Europa han seguido el siguiente plan:

- A 16 de junio de 2011, los motores tuvieron que cumplir con un rendimiento de eficiencia igual a IE2 (ver Figura 2).

- A 1 de enero de 2015, los motores con potencias comprendidas entre 7,5 kW y 375 kW debieron ajustarse a una eficiencia IE3, en caso de estar arrancados en modo directo, o IE2 si están accionados por convertidor de frecuencia.

- Para el 1 de enero de 2017, los motores con potencias comprendidas entre 0,75 kW y 375 kW debieron cumplir con una eficiencia IE3 si arrancaban en modo directo, o IE2 si se trata de un accionamiento por convertidor de frecuencia.

Efectivamente, como se puede deducir, probablemente más del 93% de los motores instalados están bajo el rango de potencia que indica la normativa, y observamos también el impulso de la regulación de motores vía convertidores de frecuencia que tantas ventajas reporta en eficiencia energética, especialmente en aplicaciones de par variable.

 

Motores y condiciones implicadas en el calendario de implementación

Los motores que se incluyen dentro de la normativa europea han de cumplir las siguientes características: tensión nominal de hasta 1000v; rango de potencias desde 0,75kW hasta 375kW; 2, 4 y 6 polos; monofásicos, trifásicos a 50Hz y condición de servicio S1.

Quedarían fuera de norma los motores trabajando a temperaturas fuera de este rango (-15° hasta +60°), altitudes por encima de 4000 metros, motores ATEX (ATmósferas EXplosivas), motores freno y motores encapsulados con otro equipo que no puedan medirse por separado, como los motorreductores.

Con el paso de los años, concretamente en 2014, se adaptó la enmienda de la regulación (EU 4/2014) matizando algunos ítems para obtener una mayor precisión en el reglamento. Algunas de ellas ya estaban especificadas y se añadieron otras, como es el caso de la temperatura del líquido refrigerante (agua) que de entrada tenía una horquilla por debajo de -5° o superior a +25°, y en la enmienda esta horquilla varía en un rango de 0° hasta 32°.

Todas estas medidas tienen un efecto protector y crean un marco de confianza con el consumidor. Por lo mismo, actualmente un consumidor de motores eléctricos tiene una regulación y un protocolo de medición que le permite tener la seguridad que las marcas de prestigio fabrican sus motores bajo unos estándares de eficiencia sostenibles y demostrables.

 

Figura 2. Codificación eficiencias normativa IEC

Costes de los motores eficientes

Los porcentajes de eficiencia cada día son mayores y no es extraño ver motores IE3 con eficiencias cercanas al 92-95% en rangos de potencias cercanas, por ejemplo, a 90 kW. Normalmente, cuanto más potente es un motor, dispone de una mayor eficiencia, ya que sus características constructivas así lo permiten. En motores pequeños, por debajo de 1 kW, es mucho más difícil poder obtener unas buenas eficiencias, siempre y cuando hablemos del típico motor eléctrico asíncrono de CA de jaula de ardilla, que por otro lado es el motor más utilizado con diferencia.

Los fabricantes de motores sabemos perfectamente donde existen las pérdidas. Asimismo, a fabricantes y consumidores nos gustaría que la potencia eléctrica que absorbemos de la red se tradujera en la misma potencia mecánica en el eje de salida. Significaría que ese motor no tiene pérdidas. Algún día llegaremos, ¡no me cabe duda!

Cuando pedimos un motor de una cierta potencia, siempre hablamos de la potencia que esperamos en el eje mecánico de salida, nunca de la potencia eléctrica de entrada (Figura 3).

Figura 3. Pérdidas conocidas de los motores eléctricos asíncronos

Las mayores pérdidas se dan en el cobre y en la calidad del resto de materiales que conforman el rotor y el estator, así como en los rodamientos por su rozamiento mecánico.

Así, a nadie se le escapa que, si usamos mejores materiales, si usamos materiales más puros, el coste de fabricación de ese motor ha de ser forzosamente más alto, que no caro, y por tanto llegue al mercado con un precio superior respecto a un motor menos eficiente.

Pero, hay que tener claro una serie de variables para decidir si un motor de alta eficiencia es más caro o no respecto a un motor de baja eficiencia. La primera pregunta es: ¿cuánto dura un motor eléctrico bien mantenido según directrices del fabricante? Respuesta: ¿10, 15, 25, 30 años? En realidad, puede durar muchos años más si se trata bien, por tanto, debemos realizar una foto completa del ciclo de vida de ese motor. Porque lo importante no es preguntarse ¿qué me cuesta el motor?, sino cuanta energía eléctrica voy a pagar para desperdiciarla en pérdidas en esos 10, 15 o 30 años.

 

Figura 4. Costes del ciclo de vida de un motor eléctrico

Curiosamente, el porcentaje más pequeño es al que le damos más importancia, y demasiadas veces y de forma errónea es el que acaba decidiendo el precio de compra (¡3%!), cuando el que debería hacernos pensar es el 92%. Este 92% es el porcentaje que indica el coste que nos origina el motor por el simple hecho de girar, de realizar el trabajo para el cual se ha fabricado (Figura 4).

 

Figura 5. Comparativa entre un motor IE1 respecto a un IE3

De los dos casos expuestos para la misma potencia de motor (37 kW), vemos que hay una pequeña diferencia de 0,63 kW (Figura 5). Puede parecer que 0,63kW no justifica ni el tiempo de nombrarlo, pero quizás si multiplicamos esos 0,63 kW por las horas de funcionamiento en una fábrica y por el precio de la electricidad, el resultado no sea tan despreciable: 0,63kW x 0,14€ x 6.000h = ¡529,2 €/año!

Efectivamente, hablamos de unos 530€ al año de ahorro en electricidad, pero recordemos que un motor puede durar muchos años, por tanto, si consideramos una vida útil de 20 años, los números lo dicen todo: 529,2€/año X 20 años = 10.584€ por un solo motor de 37kW. Y ahora, ¿cuántos motores tenemos en nuestras instalaciones que no son eficientes? ¿Cuánto estoy pagando de más?.

Efectivamente es posible comerse el margen de nuestra empresa usando motores de baja eficiencia, aun sabiendo que existen motores IE3 o incluso IE4 que por realizar exactamente el mismo trabajo consumen menos potencia eléctrica y, por tanto, obtenemos un mejor rendimiento económico de los procesos y generamos menos emisiones de CO2.

Mirando al futuro

La tendencia mundial apunta hacia el uso racional de la energía. Poco a poco vamos avanzando y todo indica que seremos tan conscientes de ello que, frente a la disyuntiva entre dos equipos iguales no decidamos comprar el modelo ineficiente solo por una cuestión de precio de compra (visión corto plazo y cara), sino que apostemos por el equipo más eficiente (visión mediolargo plazo y más barata). Entretanto, tenemos un conjunto de normas y directivas que empujan hacia la eficiencia energética.

La siguiente vuelta de tuerca de la Comisión Europea se llama LOT 30 y es de momento un estudio que pretende que se tenga un alcance mucho mayor que la regulación EC 640/2009. Se espera que el ámbito de aplicación se amplíe a un rango de potencias comprendidas entre 0,12 kW y 1000 kW, motores ATEX, motores freno y, muy probablemente, ya no se permitirán motores IE2, aunque sean accionados por convertidor de frecuencia.

Efectivamente, el cerco a la ineficiencia energética se va estrechando, lo que tiene una consecuencia directa para el planeta. Las emisiones de CO2 se verán minimizadas gracias a estas políticas que ya no solo se regulan en Europa o EE.UU.; cada vez más áreas del planeta se adhieren a ellas, como puede ser Rusia o Japón. El camino, sin duda, es la eficiencia energética, ¡sigámoslo!

Albert Ginestà Vázquez
Responsable de Eficiencia Energética de Tecnotrans Bonfiglioli S.A.