Los motores con conmutación electrónica (ECM) pueden lograr importantes ahorros de energía en aplicaciones donde se requiere potencia fraccionada. Si bien los motores NEMA Premium Efficiency con variadores de frecuencia proporcionan la solución más eficiente para impulsar equipos de más de 1 HP, los ECM superan a los motores de inducción a medida que se reducen las potencias nominales.
¿Qué es un motor conmutado electrónicamente?
Aunque los ECM están diseñados para funcionar con una fuente de alimentación de CA, es importante tener en cuenta que en realidad son motores de corriente continua con imanes permanentes en su rotor. A diferencia de los motores de CC convencionales, que crean un campo magnético giratorio con una combinación de contactos de escobillas y anillos colectores, los ECM logran el mismo efecto con un rectificador de voltaje y un circuito de control electrónico. Como resultado, se eliminan la fricción y las chispas asociadas con los contactos de las escobillas, que es una de las razones por las que los ECM son tan eficientes. También tienen una vida útil más larga que los motores con escobillas, ya que se elimina el desgaste asociado con las chispas y la fricción. En comparación con otros tipos comunes de motores de potencia fraccionaria, los ECM son la mejor opción en términos de eficiencia:
- Los motores de polos sombreados son muy comunes y más asequibles, pero su eficiencia es muy baja, llegando en algunos casos por debajo del 20%.
- Los motores de condensador dividido permanente (PSC) tienen una eficiencia promedio del 40%, lo que significa que superan a los motores de polos sombreados. En términos de eficiencia, son una opción intermedia entre los motores de polos sombreados y los ECM.
- La eficiencia de los ECM suele ser superior al 60 %, lo que significa que consumen, en promedio, un tercio de la energía utilizada por los motores de polos sombreados.
Los ECM también se pueden fabricar con circuitos de control de velocidad integrados, lo que les permite funcionar a velocidad reducida sin depender de un VFD externo. También es importante señalar que los ECM no experimentan una reducción drástica en la eficiencia cuando funcionan por debajo de las RPM nominales. Los ECM de velocidad fija también están disponibles para aplicaciones donde no se requiere control de velocidad.
Motores conmutados electrónicamente en aplicaciones HVAC
Los ECM suelen ser la opción más eficiente en aplicaciones de potencia fraccionaria, pero tienden a proporcionar mayores ahorros cuando se utilizan en sistemas de aire acondicionado y refrigeración. Al ser más eficientes que los motores de polo sombreado y PSC, también disipan menos calor y el efecto de calentamiento reducido ayuda a que los sistemas de refrigeración y aire acondicionado funcionen de manera más eficiente. Este efecto se aplica a todos los componentes de aire acondicionado o refrigeración que se encuentran dentro del espacio acondicionado, como los controladores de aire y los evaporadores.
Como ejemplo, supongamos que una cámara frigorífica tiene una unidad evaporadora con cinco motores de polos sombreados, que consumen 900W cada uno. Son reemplazados por ECM que consumen sólo 300 W cada uno.
- Se ahorran 600 W por motor, totalizando 3.000 W.
- Sin embargo, estos 3.000 W también se restan de la carga de refrigeración. Si el sistema funciona con un coeficiente de rendimiento de 3, se ahorrarán 1.000 W extra de energía eléctrica.
- En otras palabras, esta actualización ahorra 3 kW de potencia del motor y 1 kW gracias a la reducción de la carga de refrigeración.
Recuerda que este es sólo un ejemplo sencillo y que cada proyecto requiere de un análisis detallado para conocer el ahorro exacto. Sin embargo, el beneficio de reducción de calor se aplica a todos los casos en los que los motores ECM se utilizan en lugares con aire acondicionado o refrigeración.
El diseño sin escobillas de los ECM los hace más silenciosos que sus homólogos menos eficientes, lo que también supone una ventaja en términos de comodidad. En aplicaciones empresariales, el funcionamiento silencioso de los ECM ayuda a los empleados a concentrarse mejor. Los ECM también son más livianos que otros tipos de motores de potencia fraccionaria, lo que los hace más fáciles de instalar.
Motores conmutados electrónicamente en sistemas de ventilación.
Como se indicó anteriormente, los motores de polo sombreado y PSC son ineficientes. Además, los motores trifásicos con VFD no son prácticos para aplicaciones de potencia fraccionada, al no poder ofrecer la eficiencia que los caracteriza en sistemas más grandes. Los sistemas de ventilación representan una excelente oportunidad para implementar MRE, por dos razones principales:
- Los ventiladores de potencia fraccionaria son comunes, lo que significa que generalmente son impulsados por motores de polo sombreado o PSC.
- Muchos ventiladores tienen funcionamiento intermitente, lo que presenta una oportunidad de utilizar ECM que funcionan a velocidad reducida. Por ejemplo, hacer funcionar un ventilador el 80% del tiempo ahorra un 20% de energía, mientras que hacerlo al 80% de velocidad ahorra casi un 50%.
Los ECM son una actualización muy recomendable para los ventiladores de calderas, ya que pueden lograr una distribución de temperatura mucho más uniforme con su control de velocidad, además de ofrecer el ahorro de energía que los caracteriza.
Período de recuperación de actualizaciones de ECM
Como ocurre con muchas medidas de eficiencia energética, el beneficio financiero de una actualización de ECM cambia según las condiciones del proyecto. El período de recuperación del proyecto sólo puede calcularse con precisión después de un análisis detallado realizado por un consultor energético profesional, pero en general se pueden esperar los siguientes resultados:
- Reemplazar motores de polos sombreados generalmente produce un período de recuperación más rápido que reemplazar motores PSC, ya que la ganancia de eficiencia es mayor. Por supuesto que puede haber excepciones; Reemplazar un motor PSC que se usa con frecuencia puede generar mayores ahorros que actualizar un motor de polo sombreado que solo se usa moderadamente.
- Los ECM también pueden ser una opción atractiva en dispositivos que requieren control de velocidad. Otro tipo de motores pueden sufrir una reducción drástica de eficiencia a velocidad parcial.
- Como se mencionó anteriormente, los ahorros de energía son mayores cuando los ECM se implementan en espacios con aire acondicionado o refrigerados.
El rendimiento financiero de una actualización de ECM también puede mejorarse si existen programas de incentivos en el sitio del proyecto. Por ejemplo, Con Edison ofrece reembolsos en efectivo en la ciudad de Nueva York por instalar ECM en refrigeradores, refrigeradores y congeladores accesibles. El incentivo se calcula en base al ahorro anual de energía, a razón de US$0,16/kWh.
Conclusión
Los motores con conmutación electrónica (ECM) pueden lograr importantes ahorros de energía en aplicaciones de potencia fraccionaria, especialmente al reemplazar motores de polos sombreados. Sin embargo, como ocurre con cualquier mejora de la eficiencia energética, se recomienda encarecidamente la orientación profesional a la hora de definir el alcance y las especificaciones del proyecto. Al actualizar a ECM, el retorno de la inversión es mayor en algunos casos y, en otros, el período de recuperación puede ser demasiado largo para justificar la actualización. Idealmente, las actualizaciones deberían centrarse en dónde se obtiene el mayor rendimiento de cada dólar gastado por adelantado.
A medida que aumenta la potencia del motor, la combinación de un motor NEMA Premium Efficiency con un VFD surge como la mejor opción: se puede usar un VFD con entrada monofásica y salida trifásica cuando no hay energía trifásica disponible.
