Motores NEMA de eficiencia premium: descripción general y beneficios

Según la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA), los motores eléctricos representan casi el 40% del consumo total de electricidad en Estados Unidos, especialmente en los sectores industrial y comercial. Mejorar la eficiencia de los motores en todo el país representa una importante oportunidad para ahorrar energía, razón por la cual NEMA lanzó la primera versión de su estándar Premium Efficiency para motores en 2001.

Nuestros ingenieros eléctricos pueden seleccionar los motores más eficientes para los sistemas de su edificio.

El Departamento de Energía de Estados Unidos estimó que el programa podría producir los siguientes beneficios económicos y ambientales durante la década posterior a su lanzamiento:

• Ahorro de 5.800 gigavatios-hora de electricidad para hogares y empresas de EE. UU.
• Evitar la emisión de 80 millones de toneladas de carbono, lo que equivale a retirar de la circulación 16 millones de coches.

Los motores NEMA Premium Efficiency superan la eficiencia mínima legalmente requerida por la Ley de Seguridad e Independencia Energética de 2007 (EISA), y el programa cubre motores con las siguientes características:

• Capacidad nominal desde 1 HP hasta 500 HP
• Fuente de alimentación trifásica de bajo voltaje
• Proyecto NEMA A y B
• Motores de uso general, especial y específico.

Aunque los motores de menos de 1 HP no están cubiertos por la norma, se pueden lograr niveles de eficiencia similares con motores con conmutación electrónica (ECM), que se adaptan mejor a aplicaciones de potencia fraccionaria. Los ECM también tienen control de velocidad incorporado, lo que significa que no requieren un variador de frecuencia (VFD) para funcionar por debajo de la velocidad nominal.

¿Qué tan eficientes son los motores NEMA Premium?

Es importante tener en cuenta que la eficiencia del motor generalmente varía según la potencia y el porcentaje de carga, por lo que no existe un valor de eficiencia único que se aplique a todos los motores NEMA Premium Efficiency. Sin embargo, NEMA Premium es el nivel de eficiencia de motor más alto en los estándares de EE. UU., superando los motores NEMA Energy Efficient (nivel intermedio) y los motores NEMA Standard Efficiency (nivel bajo). En general, los niveles de eficiencia aumentan a medida que aumenta la potencia del motor, como se muestra en la siguiente tabla NEMA:

Esta tabla es para motores que funcionan a plena carga. Sin embargo, los motores NEMA Premium Efficiency normalmente pueden funcionar con alta eficiencia para todos los valores de carga superiores al 50 %, alcanzando su máxima eficiencia con alrededor del 80 % de carga.

Si bien las ganancias en eficiencia pueden parecer pequeñas al actualizar a una clase de motor superior, considere que la reducción en la pérdida de potencia es significativa. Para ilustrar esto, supongamos que un motor estándar de 100 HP se actualiza a una versión NEMA Premium.

• El motor estándar consume 80,8 kW, mientras que la versión NEMA Premium consume 78,2 kW.
• Una reducción de 2,6 kW puede parecer pequeña en comparación con la potencia nominal del motor, pero supone un ahorro de 20.800 kWh, suponiendo 8.000 horas de uso al año.
• Con un costo de electricidad de $0,10/kWh, esto se traduce en un ahorro anual de $2080.

Las ganancias en eficiencia de los motores entre clases parecen pequeñas cuando se ven como porcentajes, pero los beneficios son claros cuando las ganancias porcentuales se traducen en kilovatios y ahorros en la factura de energía.

Recomendaciones para motores NEMA Premium

Al igual que con cualquier mejora de eficiencia energética, es importante realizar una evaluación técnica y financiera detallada antes de comprar motores NEMA Premium Efficiency. Considere las siguientes recomendaciones antes de proceder con la compra:

• Los motores NEMA Premium Efficiency son una excelente opción en construcciones nuevas donde ya existe un costo base dedicado a la compra de motores. En estos casos, las ganancias de eficiencia de un motor NEMA Premium se ponderan con su precio incremental, no con su precio total. También hay muchos casos en los que sustituir un motor existente resulta económicamente atractivo, pero el mayor retorno de la inversión se consigue en nuevas instalaciones.

• La actualización a un motor NEMA Premium produce un mayor retorno de la inversión cuando el programa de operación es largo. Tenga en cuenta que el ahorro de energía es producto del ahorro de energía y las horas de operación. Actualizar un motor de 15 HP que opera 8.000 horas al año generará el doble de ahorro de energía que reemplazar uno de la misma capacidad que solo opera 4.000 horas al año.

• Considere que las ganancias porcentuales de eficiencia son mayores para los motores más pequeños. Por ejemplo, NEMA estima un ahorro anual de $126 al actualizar un motor de 10 HP de eficiencia energética a eficiencia premium, y de $278 al actualizar un motor de 100 HP, suponiendo que ambos funcionen 8000 horas al año. Si una empresa tiene que elegir entre varios motores pequeños o unos pocos motores más grandes debido a limitaciones presupuestarias, el rendimiento por dólar invertido suele ser mayor para los motores más pequeños. Sin embargo, se recomienda una auditoría energética, ya que siempre hay excepciones.

• Antes de comprar motores NEMA Premium, se recomienda que su empresa revise los programas de incentivos locales. Por ejemplo, los clientes de Con Edison que actualicen a motores NEMA Premium en la ciudad de Nueva York pueden reclamar un incentivo de $0,16 por kWh ahorrado, que puede cubrir hasta el 50 % de los costos del proyecto o $1,000,000, lo que sea menor.

• Se pueden lograr ahorros adicionales actualizando los motores eléctricos ubicados en espacios con clima controlado, lo cual es común en entornos comerciales. Los motores NEMA Premium disipan menos calor que los motores de la misma potencia y menor eficiencia, y este calor se resta de la carga del equipo de CA.

Los motores eléctricos fabricados según los estándares de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) también tienen clases de eficiencia comparables a las de los motores NEMA. IE1 es equivalente a eficiencia estándar, IE2 es equivalente a NEMA de eficiencia energética e IE3 es equivalente a NEMA Premium Efficiency. IEC también introduce la clase IE4, que normalmente se comercializa como “NEMA Premium mejorada” o “Above NEMA Premium” en los EE. UU.

Tenga en cuenta que los valores de eficiencia son comparables entre las clases de motores NEMA e IEC, pero no idénticos. Las clases de eficiencia IEC cubren motores desde 0,75 kW (ligeramente por encima de 1 HP) hasta 375 kW (503 HP), con un voltaje nominal de 1000 V o menos. Los motores pueden tener 2, 4 o 6 polos y pueden diseñarse para funcionar a 50 Hz o 60 Hz.

Conclusión

Los motores NEMA Premium Efficiency pueden generar miles de dólares en ahorros anuales cuando se implementan en instalaciones comerciales e industriales, y se encuentran disponibles ahorros aún mayores si se complementan con un variador de frecuencia (VFD). Sin embargo, recuerde que los motores también deben ser adecuados para su aplicación para garantizar un funcionamiento eficiente y una larga vida útil, por lo que se recomienda encarecidamente la orientación profesional antes de cualquier actualización del motor.