La demanda de energía en el mundo ha orillado a distintas industrias y gobiernos a implementar estándares para optimizar el uso de este recurso. Actualmente, en México se está impulsando una nueva regulación que impactará en los equipos que utilicen motores eléctricos, un esquema que debe conocerse
Roberto Olmos
Recientemente, la Asociación Nacional de Fabricantes para la Industria de la Refrigeración (ANFIR), en conjunto con algunas empresas asociadas, Wellington o Ebm-Papst, y organismos especializados en la certificación, inició un proyecto que impactará en la fabricación y puesta en marcha de equipos que utilicen motores eléctricos / electrónicos.
El objetivo será promover una norma oficial mexicana que estipule los parámetros en eficiencia energética de dichos motores de corriente alterna, monofásicos, de inducción, tipo jaula de ardilla, enfriados con aire, en potencia nominal desde 0.005 kilowatts (kW) hasta 0.149 kW, así como el método de prueba y de marcado.
La función de la normativa definirá la forma en que se determinará y expresará la eficiencia nominal y mínima asociada. Además, determinará los valores mínimos con el propósito de procurar el uso racional de los recursos energéticos no renovables del país.
Abarcará la especificación de marcado de la eficiencia nominal en la placa de los motores eléctricos / electrónicos de corriente alterna, monofásicos, de inducción, tipo jaula de ardilla y enfriados con aire que se comercialicen en los Estados Unidos Mexicanos, y excluirá a los motores eléctricos que requieren de equipo auxiliar o adicional para su enfriamiento.
Definiciones por considerar
La normativa tomará en consideración diversos factores, los cuales estarán definidos a detalle en el documento que publique próximamente el gobierno federal.
1. Dinamómetro
Aparato para aplicar carga mecánica a un motor eléctrico / electrónico en forma continua y controlada, que puede incluir dispositivos para medir el par de torsión y la frecuencia de rotación desarrollados por dicho motor
2. Eficiencia
La eficiencia se define como la razón entre la potencia de salida y la potencia de entrada del motor eléctrico / electrónico. Se expresa en porciento y se calcula con alguna de las siguientes relaciones:
a) (Potencia de salida / potencia de entrada) × 100
b) [(Potencia de entrada – pérdidas) / potencia de entrada] × 100
c) [Potencia de salida / (potencia de salida + pérdidas)] × 100
3. Eficiencia de prueba
Estará determinada con base en el método de prueba de la NOM-008-SCFI-2002
Clasificación
Para los fines de este paradigma, los motores eléctricos / electrónicos se clasificarán según su potencia, número de polos y tensión eléctrica nominal, como se indica en las siguientes tablas.
Todos los motores eléctricos / electrónicos sujetos al cumplimiento de esta Norma Oficial Mexicana (NOM) deben indicar en su placa de datos una eficiencia nominal igual o mayor a la especificada en la Tabla 2.
Los motores sujetos a dicha NOM deben de tener una eficiencia de prueba igual o mayor a la eficiencia mínima asociada a la eficiencia nominal indicada en su placa de datos, de acuerdo con la Tabla 1.
En cuanto a la eficiencia nominal para motores electrónicos monofásicos de inducción con rotor de imanes permanentes, se manejaran los parámetros indicados en la Tabla 3.
La Secretaría de Energía, a través de la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía, establecerá el procedimiento para la evaluación de la conformidad que incluirá el muestreo de los motores eléctricos / electrónicos con las especificaciones establecidas en el documento final de la norma, conforme al artículo 73 de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización. Los criterios bajo los que servirán los equipos se tendrán que hacer evidentes en la placa de aceptación, donde la eficiencia nominal tendrá que ser marcada por el fabricante en la placa de datos del motor eléctrico / electrónico.
Método de prueba
Los motores eléctricos / electrónicos se probarán por el método de medición directa de las potencias de entrada y de salida operando a carga plena y en equilibrio térmico.
1. Condiciones de la prueba
La frecuencia eléctrica de alimentación para la prueba debe ser de 60 Hz ± 0.5 %
La tensión eléctrica de corriente alterna de alimentación para la prueba debe ser la tensión eléctrica indicada en la Tabla 4, medida en sus terminales, sin exceder una variación de ± 0.5 %. La Distorsión Armónica Total (DAT) de la onda de tensión eléctrica no debe ser mayor al 5 %.
Nota: La DAT es un indicador del contenido de armónicas en una onda de tensión eléctrica. Se expresa como un porcentaje de la fundamental, donde:
Vi es la amplitud de cada armónica
V1 es la amplitud de la fundamental
Las magnitudes eléctricas que varíen senoidalmente deben expresarse en valores eficaces, a menos que se especifique lo contrario.
Es importante decir que los instrumentos de medición que se usen tendrán que seleccionarse para que el valor leído se encuentre dentro del intervalo de la escala recomendado por el fabricante del instrumento o, en su defecto, en el tercio superior de la escala de éste.
Los instrumentos analógicos o digitales deben estar calibrados con una incertidumbre máxima de ± 0.25 % a plena escala.
Cuando se utilicen transformadores de corriente, es necesario realizar las correcciones necesarias para considerar los errores de relación y fase en las lecturas de corriente eléctrica; tales errores no deben ser mayores a 0.25 %.
El dinamómetro debe seleccionarse de forma que a su carga mínima la potencia de salida demandada al motor eléctrico no sea mayor de 15 % de la potencia nominal del primero.
Para evitar la influencia por el acoplamiento del motor con el dinamómetro durante el desarrollo de las pruebas de equilibrio térmico, funcionamiento y carga mínima posible en el dinamómetro, éstas deben realizarse sin desacoplar el motor entre ellas.
Pruebas
1. Prueba de funcionamiento
Se hace funcionar el motor eléctrico / electrónico a su potencia nominal, a la tensión eléctrica medida en sus terminales y a la frecuencia eléctrica de prueba, hasta alcanzar el equilibrio térmico definido en el inciso 4.6 de la norma actual de energía en los tres puntos de medición de temperatura.
Se miden y registran:
1) La tensión eléctrica de alimentación en las terminales del motor eléctrico / electrónico, en volts (V);
2) La frecuencia eléctrica de alimentación, en Hertz (Hz);
3) La potencia de entrada Pe, en kW;
4) El par torsional en el eje del motor Tm, en N·m
5) La frecuencia de rotación nm, en min-1
2. Prueba de operación en vacío
Se desacopla el motor del dinamómetro y se opera en vacío a la tensión eléctrica medida en sus terminales y frecuencia eléctrica de prueba hasta que la potencia de entrada varíe no más de 3 % en un lapso de 30 minutos. Con la potencia de entrada estabilizada se miden y registran:
1) La tensión eléctrica de alimentación en las terminales del motor
2) La frecuencia eléctrica de alimentación
3) La potencia de entrada P0
4) La frecuencia de rotación n0, en min-1
3. Cálculo del Factor de Corrección del Dinamómetro (FCD)
El FCD se debe determinar cuando el dinamómetro está situado entre el motor por probar y el transductor empleado para medir el par. Con las mediciones realizadas en los incisos 9.3.2 y 9.3.3 se calcula:
a) El deslizamiento Smin:
ns = frecuencia de rotación síncrona, en min-1 y
nmin = frecuencia de rotación con el dinamómetro a su carga mínima medida en el inciso 9.3.2, en min-1
b) Se calcula el FCD mediante la siguiente fórmula: (N·m)
Donde:
nmin = frecuencia de rotación con el dinamómetro a su carga mínima medida en el inciso 9.3.2, en min-1
n0 es la frecuencia de rotación en vacío medida en el inciso 9.3.3, en min-1
Pmin = potencia de entrada con el dinamómetro a su carga mínima medida en el inciso 9.3.2, en kW
P0 = potencia de entrada con el motor eléctrico / electrónico operando en vacío, medida en el inciso 9.3.3, en kW
Tmin = par torsional medido en el eje del motor eléctrico / electrónico con el dinamómetro a su carga mínima, según inciso 9.3.2, en N·m
4. Cálculo de la potencia de salida corregida
Cuando la medición del par se hace entre el motor de prueba y el dinamómetro, las pérdidas del dinamómetro no afectan a la medición, con lo cual el FCD se considera igual a 0.
La potencia de salida corregida Ps se calcula en kW mediante la siguiente fórmula: [kW]
Donde:
FCD calculado en el inciso 9.3.4, en N·m
Tm = par torsional medido en el eje del motor eléctrico / electrónico a su potencia nominal, en el inciso 9.3.1 en N·m
nm = frecuencia de rotación medida a la potencia nominal en el inciso 9.3.1, en min-1
5. Cálculo de la eficiencia
Se calcula la eficiencia m del motor a su potencia nominal utilizando la fórmula siguiente: [%]
Donde:
Pe = potencia de entrada a la potencia nominal medida en el inciso 9.3.1, en kW
Ps = potencia de salida corregida a la potencia nominal, calculada en el inciso 9.3.5, en kW.
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Roberto Olmos
Ingeniero de aplicación en Wellington Drive Technologies, empresa neozelandesa dedicada a producir motores conmutados electrónicamente, controladores electrónicos y soluciones especiales para la industria de la refrigeración y la ventilación. Cuenta con experiencia en motores electrónicos, inducción, sistemas de control automatizado, refrigeración comercial y electrónica aplicada.cargo de Sales manager for Industrial Refrigeration, Valves and Controls en Danfoss para América del Norte. Actualmente es Global Business Development manager en Danfoss Industrial Refrigeration, donde promueve soluciones clave con refrigerante CO2 en la refrigeración industrial.
