Este documento trata sobre la eficiencia energética de los motores eléctricos y los nuevos estándares IEC. Explica por qué es importante ahorrar energía, como se mide la eficiencia de un motor, y los diferentes tipos de pérdidas que existen en un motor. También describe los nuevos métodos de medición de eficiencia establecidos en la norma IEC 60034-2-1 y cómo estos cambios afectarán los niveles de eficiencia requeridos para los motores.

1. Motores ABB de Alta Eficiencia
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Motores ABB de Alta Eficiencia
Nuevos estándares IEC
Ing. Ulises Villanueva
ulises.villanueva@pe.abb.com

2. Eficiencia energética ......
…...porque es tan importante?
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3. Razones para el ahorro energético
El protocolo de Kyoto : reducir la emisión de CO2
Este compromete a los paises a reducir las emisiones de gasesEste compromete a los paises a reducir las emisiones de gases
Por ejemplo: La UE debe incrementar su eficiencia en 1% al año
La producción de electricidad es muy cara
Incremento de precios
El consumo de petróleo, aumenta más rápido de lo que se encuentra.
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El consumo de petróleo, aumenta más rápido de lo que se encuentra.
El mundo consume más de 25 Giga barriles/año, y solo se
encuentran 10 Giga barriles/año
Si esto continúa agotaremos nuestras reservas en menos de 20
años

4. Consumo eléctrico de motores en relación al consumo
eléctrico total de varias industrias
Plantas que producen Gases industriales 92%
Plantas de Pulpa y Papel 84%
Refinerías de Petróleo 82%
Plantas de Químicas inorgánicas industriales 77%
Plantas de Cemento 74%
Plantas de materiales plásticos y de resinas 64%
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Sources: Manufacturing Energy Consumption Survey 1991, Census of Manufacturers 1992

5. Costo del ciclo de vida de un motor eléctrico
Energía 97 % Un rebobinado 1% Costo de compra 2%
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6. Afirmaciones
Motores usan un promedio de 65% de la energía eléctrica en las plantas
Motores normalmente trabajan con menos de 60% de su carga nominal yMotores normalmente trabajan con menos de 60% de su carga nominal y
como consecuencia tienen eficiencia baja.
Motores pueden fácilmente superar su costo de compra dentro de pocos
meses con los costos de la energía eléctrica.
Muchos motores trabajan sin equipamiento de control (inversores), en
instalaciones donde el control de la velocidad podría significar grandes
ahorros de energía y costo
Históricamente motores eran sobredimensionados para obtener una
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Históricamente motores eran sobredimensionados para obtener una
margen de “seguridad”

7. Motores sobredimensionados
Mediciones hechas en la industria de proceso
Mediciones en industrias de proceso muestran que los motores instalados en
promedio están cargados con solamente 50% de su potencia nominal
Aproximadamente 25% de los motores están cargados con menos que 30%Aproximadamente 25% de los motores están cargados con menos que 30%
de su potencia nominal (estos motores trabajan con una eficiencia muy baja y
un factor de potencia también muy bajo)
Consecuencias del uso de motores sobredimensionados
Precio de compra mas alto
Mayor consumo de energía eléctrica pues la eficiencia del motor disminuye
con grados de carga inferiores al nominal.
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Costos mas altos de la distribución de energía pues aumenta el consumo de
las potencias aparente y reactiva.
Costos mas altos por tener que dimensionar otro equipamiento para el
tamaño del motor (por ejemplo interruptores mas grandes)

8. Eficiencia, definición
PPInputPPInput
LossesP∑
PPoutput
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Eficiencia es la razón entre la Potencia de salida y la potencia de
entrada
Alta eficiencia significa que el motor convierte la mayor cantidad de
potencia eléctrica en potencia mecánica (menos pérdidas)

9. Que factores hacen el motor eficiente?
Perdidas de los
rodamientos, del ventilador
(perdidas de fricción) (10%)
- Ventilador menor
- Sellos de los rodamientos
Perdidas del rotor (24%)
- Acero de bajas perdidas
- Laminaciones mas delgadas
- Sellos de los rodamientos
Perdidas del estator (18%)
- Acero de bajas perdidas
- Laminaciones mas delgadas
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Perdidas del cobre del estator (34%)
-Optimización en colocar cobre en
las ranuras
-Conductores mas grandes
Perdidas del flujo magnético (14%)
- Geometría optimizado de las ranuras
Exactitud en la producción

10. Optimizado No optimizado
Características de un devanado de alta
calidad
Alambre de cobre de alta pureza
Calidad del motor – Los devanados
Optimizado No optimizado Alambre de cobre de alta pureza
Optimización en colocar cobre en
las ranuras
Sistema de alta calidad de
aislamiento y de impregnación de
las ranuras
Sistema de alta calidad de
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aislamiento entre fases
Acero del estator de alta calidad

11. IE1 Pentrada: 81,4kW
IE2 Pentrada : 78,8kW
Tipo de Motor :
M3AA 250 M
Ejemplo de ahorro energético
3.8kW
Pérdidasreducidas
Input
Output
Eficiencia IE1 : 92,14%
Eficiencia IE2 : 95,18%
75kW
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Si el nivel de eficiencia incrementa 3% ,la reducción de pérdidas es 40%
Pérdidasreducidas
Output
6.4kWpérdidas
75kW

12. ABB EFF1 110 kW η = 95.6%
ABB EFF2 110 kW η = 92.5%
Ejemplo de ahorro energético
ABB EFF1 Pentrada = 110/95.6 • 100 = 115.1 kW
ABB EFF2 Psalida = 110/92.5 • 100 = 118.9 kW (diferencia 3.8 kW )
Costos Operativos = X/año (8760 h, 0.05 US$/kWh)
ABB EFF1, C = 115.1 • 0.05 • 8760 = 50 414 US$
ABB EFF2, C = 118.9 • 0.05 • 8760 = 52 078 US$
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Ahorro = 1 664 US$ / año

13. Herramientas de software en Internet
DriveSize
Herramienta extremadamente
fácil para dimensionamiento defácil para dimensionamiento de
motores y variadores de
frecuencia
Hoja de datos
Curvas
Eff Save
Herramienta que calcula el retorno
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Herramienta que calcula el retorno
de la inversión y la reducción de
emisiones de gases que
contribuyen al incremento de la
temperatura global cuando usa
motores ABB de alta eficiencia

14. Ventajas de usar motores de Alta Eficiencia.
Ahorro de energía (reducción el las
cuentas eléctricas)
Intervalos de mantenimiento más largos
(ahorro en horas-hombre).(ahorro en horas-hombre).
Mínimo riesgo de parada de la producción.
Mayor vida útil del motor (menor
temperatura en el motor)
Menor nivel de ruido
Reduce el nivel de emisiones de CO2
Process Performance
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15. En la Práctica
Cúando invertir en Motores de Alta Eficiencia?
Para todas las nuevas instalaciones
En vez de rebobinar motores estándares antiguos
Motores con ciclo de trabajo S1 (8760hrs/año)
Para reemplazar motores sobredimensionados
Para aplicaciones con variadores de velocidad.
Como parte de un mantenimiento preventivo de un
programa de conservación de energia.
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programa de conservación de energia.

16. Niveles de Eficiencia
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17. Motores Process Performance –
Estan garantizados!
Los 3 años de garantía que
ofrece ABB es una prueba más,
tanto de la gran experiencia entanto de la gran experiencia en
los entornos industriales, como
de la absoluta seguridad y
confianza que acreditan nuestros
productos
Cada motor ABB para la industria
de proceso tiene una vida útil
esperada no inferior a los 30
años operando a pleno
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rendimiento

18. Motores y Conversores de Frecuencia
Diseñado para Variador de velocidad
como estándar
Gran Stock de motores hasta frame
350 , UN≤ 500 V
Eje preparado para encoder desde
carcasa 160
Opción de ventilación separada
fácil modificacion
Usa el mismo ventilador
Bajo nivel de ruidol
Bobinado diseñado para VSD
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Bobinado diseñado para VSD
Rodamientos aislados sobre 100 kW

19. Mejoras Motor Alta eficiencia
Diseño de carcaza
Diseño circular
Incrementa el área de refrigeración,
hasta 20% máshasta 20% más
Mejora el sistema de ventilación
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Old
160-250
New
160-250

20. Ventilación mejorada > Incremento de la vida útil del rodamiento
Motores nuevosmotores anteriores
59 °C
46 °C
46 °C
46 °C
Winding 75 °C
46 °C
Winding 81 °C
Resultados: Incremento de temperatura del bobinado reducido en 6K
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Resultados: Incremento de temperatura del bobinado reducido en 6K
Incremento de temperatura del rodamiento lado de 41K a 28K.
Diferencia entre rodamiento lado D y N reducido de 26 K hasta 10K.
La temperatura del motor está mejor distribuída..

21. Västerås
Vaasa
MilanoSabadell
Helsinki
Menden Polonia
Motores de baja tensión en el mundo
Fabricas y centros de distribución
Shanghai
Delhi
Bangalore
MilanoSabadell
Osasco
Betim
Arequipa
Lima
Panamá
Singapore
Santiago
Bogotá
Caracas
Quito
San José
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Fábrica Motores BT
Alroude
Fábrica Maquinas MT
ABB workshop
Fábrica Motores CC
Machines service center
LV Motor stock
Authorized 3rd party workshops
Buenos Aires
Fábrica Motores BT nuevas 2009

22. Métodos de medición de Eficiencia
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Métodos de medición de Eficiencia
IEC 60034-2-1(2007)

23. Introducción
El esquema europeo de clasificación de eficiencia para
motores AC de baja tensión fue introducido en 1998 y
estableció tres niveles de eficiencia EFF1, EFF2 y EFF3,estableció tres niveles de eficiencia EFF1, EFF2 y EFF3,
siendo EFF1 el nivel más alto.
El esquema especificaba que la eficiencia debería ser
medida de acuerdo con el estándar EN / IEC 60034-2:
1996.
Esto ha sido reemplazado con un Nuevo estándar IEC,
IEC 60034-2-1, el cual entró en vigencia en Setiembre del
2007; y también será publicado como EN 60034-2-1 en el
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2007; y también será publicado como EN 60034-2-1 en el
nivel CENELEC.
Este nuevo estándar introduce nuevas reglas
concernientes a los métodos de prueba que serán usados
para determinar las pérdidas y la eficiencia.

24. Norma Técnica Peruana (NTP)
Actualmente, en el Perú se viene elaborando la Norma
Técnica Peruana (NTP), con la colaboración de algunas
entidades involucradas de cerca en el tema de los motoresentidades involucradas de cerca en el tema de los motores
eléctricos de corriente alterna tales como entidades
públicas del Estado, fabricantes, Universidades,
distribuidores, Talleres, etc. El propósito de esta norma es
lograr una estandarización en los niveles de eficiencia de
los motores eléctricos comercializados en el mercado
local, los cuales estarán basados en los nuevos
estándares.
A continuación una breve descripción de los nuevos
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A continuación una breve descripción de los nuevos
métodos.

25. ¿ Cómo se mide la eficiencia de un motor?
La eficiencia de un motor se define
como la relación entre la potencia de
salida (mecánica) y la potencia de
entrada (eléctrica). Esta puede ser
medida directa e indirectamente.
Medición directa, implica el cálculo
de la potencia de entrada en base al
voltaje y la corriente consumida y la
potencia de salida basada en la
velocidad de rotación y el torque.
Medición Indirecta, implica el
cálculo de la potencia de entrada y el
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cálculo de la potencia de entrada y el
cálculo de la potencia de salida en
base a las pérdidas dentro del motor.

26. Pérdidas en el motor
PfrictionPentrada Pi
ro
n
Protor
Pinput = Electrical power input
Poutput = Mechanical power output
Psalida
PLL
Pbobinado
n
Las pérdidas en el motor se pueden separar en cinco principales áreas:
Pérdidas en el cobre
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Pérdidas en el hierro
Pérdidas en el rotor
Pérdidas por fricción y ventilación
Pérdidas de carga adicionales
Las Pérdidas de carga adicionales son debido a: dispersión de flujo, imperfecciones mecánicas en el entrehierro, etc
De estos, los cuatro primeros tipos de pérdidas pueden ser determinados por la potencia de entrada y la corriente del motor. Las
pérdidas por dispersión de carga son mucho más difíciles de determinar, por lo que se le permite a los fabricantes usar un estimado
basado en la potencia del motor.

27. ¿Cómo cambiarán los valores de eficiencia entre el antiguo
y el Nuevo estándar?
¿Cómo cambiarán los valores de eficiencia entre el antiguo y el Nuevo estándar?
La siguiente tabla muestra ejemplos de cómo variarán los valores de eficiencia para tres
diferentes tamaños de motor.diferentes tamaños de motor.
Note que los valores de diferentes fabricantes pueden no ser comparables.
Potencia NominalMétodo antiguoEN/IEC 60034-2: 1996Método NuevoIEC 60034-2-1:
2007-2009Motor 7.5 KW,2 polos88.4%87.9%Motor 11 KW,4 polos90.9%90.3%Motor 160
KW,4 polos96.0%95.4%
Potencia Nominal Método antiguo Método Nuevo
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Potencia Nominal Método antiguo
EN/IEC 60034-2: 1996
Método Nuevo
IEC 60034-2-1: 2007-2009
Motor 7.5 KW,2 polos 88.4% 87.9%
Motor 11 KW,4 polos 90.9% 90.3%
Motor 160 KW,4 polos 96.0% 95.4%

28. Como han cambiado los métodos de medición de
eficiencia con el Nuevo estándar?
Medición de la eficiencia por el esquema de clasificación europeo
Método antiguo
EN/IEC 60034-2: 1996
Método Nuevo
IEC 60034-2-1: 2007-2009
Método Directo Método Directo
Método Indirecto:
• Pérdidas por dispersión de carga
estimadas como 0.5 % de la potencia de
entrada a plena carga
Método Indirecto:
• Pérdidas por dispersión medidas
• Pérdidas por dispersión de carga
estimadas como 2.5 % - 0.5 % de la
potencia de entrada a plena carga
• Eh star – método alternativo con cálculos
matemáticos de las pérdidas por
dispersión de carga
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Las pérdidas en el bobinado del estator y
rotor son determinadas a 95°C
Las pérdidas en el bobinado del estator y
rotor son determinadas a [ 25° C +
temperatura rise medida]

29. Como han cambiado los métodos de medición de
eficiencia con el Nuevo estándar?
El nuevo método está basado en la medida real de las pérdidas por
dispersión de carga bajo los estándares IEEE 112-B (2004) y CSA 390. Este
será probablemente mucho más usado bajo el nuevo estándar.será probablemente mucho más usado bajo el nuevo estándar.
El método indirecto fue muy usado por los fabricantes bajo el estándar
antiguo.
Sin embargo las reglas referidas a la estimación de las pérdidas por
dispersión de carga se han hecho más exigentes bajo el nuevo estándar y los
nuevos valores ahora están tomando en cuenta la medición de las pérdidas.
El Nuevo estándar también introduce nuevos métodos opcionales:
• Pérdidas por dispersión de carga halladas por medición
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• Pérdidas por dispersión de carga estimadas a 2.5% - 0.5% de la potencia
de entrada a potencia nominal.
• Eh star: Las pérdidas son medidas indirectamente, las pérdidas por
dispersión de carga se calculan matemáticamente.

30. Valor asignado para pérdidas adicionales de carga(PLL)
3.00
2.50
PLL in % of P1_input
PLL_IEC60034-2-1 PLL_IEC60034-2_1996
2.50
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00
0.1 1 10 100 1000 10000 100000
Rated
output P2 kW
New standard
Old standard
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0.1 1 10 100 1000 10000 100000
CEMEP range 1.1 kW - 90 kW
LV Motors range
Nuevo estandar: PLL se asigna un valor de 2.5% - 1.0 % de la
potencia de entrada a plena carga entre 0.1kW y 1000 kW
Antiguo standard: PLL = 0.5% de la potencia de entrada.

31. ¿ Cómo puede un usuario identificar cuál método de
medida ha sido usado?
Bajo el Nuevo estándar, los fabricantes pueden seleccionar cuál
de los métodos de medición usarán. La documentación del motor
deberá especificar el método usado.
Se debe notar que los valores de eficiencia entregados porSe debe notar que los valores de eficiencia entregados por
diferentes fabricantes se pueden comparar solamente si ambos
usaron el mismo método.
Cuál es la posición de ABB ?
Bajo este Nuevo estándar de eficiencia (IEC 60034-2-1: 2007-
09),
ABB utiliza el Nuevo método indirecto con determinación de las
pérdidas por dispersión de carga halladas por medición.
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Al mismo tiempo ABB está preparado para adecuarse al Nuevo
estándar IEC 60034-30 , el cual se espera entre en vigencia en el
2009, éste introducirá un nuevo sistema internacional de
clasificación de la eficiencia con los niveles IE1,IE2, IE3.

32. Métodos para medir la eficiencia
Additional load
losses
Friction
losses
Iron lossesLosses RotorLosses
Winding
Method
0,5% of PinLosses from Losses fromIEC Losses Losses
rpm
Pin
rpm
Losses from
test
Valid at 25°C
ambient
Losses from
test
Valid at 25°C
ambient
IEC
60034-2-1:
2007
Sum of
losses
Losses
from no
load test
Losses
from no
load test
From
table
(2,5 –
1,0% of
Pin)
Nm
Pin IEC
60034-2-1:
Losses from
test
°
Losses from
test
Losses
from no
Losses
from no
According to
measuring
0,5% of PinLosses from
test
recalculated
to75°K +20°C
ambient
Losses from
test
recalculated
to75°K +20°C
ambient
IEC
60034-2:
1996
Old
Losses
from no
load test
Losses
from no
load test
rpm
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Nm
&
rpm
60034-2-1:
2007
Sum of
losses
Valid at 25°C
ambient
test
Valid at 25°C
ambient
from no
load test
from no
load test
rpm
IEC
60034-2-1:
2007
Eh-star
Losses from
test
Valid at 25°C
ambient
Losses from
test
Valid at 25°C
ambient
Losses
from no
load test
Losses
from no
load test
According to
calculation

33. Niveles de Eficiencia
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Niveles de Eficiencia
IEC 60034-30 (2008)

34. Historia y futuro
Standares para clasificación de
niveles de eficiencia
CEMEP 1998
Standards for Measuring of efficiency
IEC 60034-2, 1996
CSA C-390 and IEEE 112-B
EFF1, EFF2, EFF3
2-4 polos, 400V, 1,1 – 90
kW,
50 Hz, IP54/55
Voluntary for motor
producers to sign => To
mark their products
CSA C-390 and IEEE 112-B
IEC 60034-2-1, 2007
Harmonized
Draft: IEC 60034-30 2008
IE1, IE2, IE3
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2-6 pole, 1000V, 0,75 – 375 kW, 50 & 60 Hz, IP2x or
higher
EU – directive, Lot 11 (11/3-2009)
Will be mandatory within EU
2011 (from 16th of June) - IE2
2015/17 - IE3 (IE2 & VSD)

35. Motores para uso con variador – velocidad máxima
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Las máximas velocidades permitidas para motores process
performance en hierro fundido

36. Motores con bobinado especial (reforzado)
Motores mayores a 100 k
Motores para uso con variador – consideraciones
Rodamiento aislado en lado no acople (eliminar
corrientes de fuga)
Motores con variacion de velocidad menor al 50%
Ventilación forzada
Precisión en velocidad
encoder
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encoder

37. PN motor power in hp or kW
TN motor torque is Nm or ft-lb
n rotational speed in RPM
Ecuaciones que describen al motor
f frequency in Hz
p number of poles
s slip in percentage
fs synchronous frequency in Hz
ns synchronous rotational speed in RPM
nn nominal rotational speed in RPM
Un voltage at the motor terminals
I motor current
cosϕ motor power factor
η motor efficiency
Xk motor leakage reactance
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Xk motor leakage reactance
Tmaxmot is proportional to square of voltage.
Above field weakening point the
nominal voltage is reached, maximum torque, flux
and magnetizing current start to decrease

38. Torque T = = [Nm]
P
9550* n
P *
103
2 π
n
Ecuaciones importantes
n60
Power P =
T x n
9550 [kW]
Flux
φφφφ ~
U
f
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Max
Torque Tmax ~
U
f( ) [Nm]
2
φφφφ ~ f

39. “ La amargura de la baja calidad aún
permanece
mucho después de que la dulzura del bajo
precio se ha olvidado”precio se ha olvidado”