Seleccionar correctamente un motor eléctrico no se limita solo a elegir potencia o tamaño; implica también considerar la eficiencia energética del equipo.
¿Por qué es esto tan importante?
Porque, aunque inicialmente pueda parecer económico comprar un motor más barato, su verdadero costo se refleja en la factura energética y en los gastos operativos que genera a lo largo de su vida útil.
En este artículo explicamos, de manera clara y sencilla, cómo influye la eficiencia en la selección del motor adecuado, mostrando qué aspectos técnicos considerar para reducir costos, mejorar el rendimiento y garantizar un funcionamiento más sostenible.
Impacto de la eficiencia en el costo total de propiedad (TCO)
En un período típico de 10 años, el precio de compra de un motor puede representar apenas el 2% del costo total, quedando el 98% restante en gastos de operación, principalmente electricidad y mantenimiento.
Estos datos ilustran que la inversión inicial (motor e instalación) es mínima comparada con el gasto energético a lo largo de la vida del equipo.
En otras palabras, la mejora de eficiencia se traduce en una fracción importante de ahorro energético. Este potencial se debe a la reducción de pérdidas internas. Las normas IEC definen clases de eficiencia (IE1 estándar, IE2 alta eficiencia, IE3 premium, etc.)
Típicamente un motor IE3 tiene entre 2% y 10% más rendimiento (eficiencia absoluta) que un motor IE1 de igual potencia.
Eficiencia de un motor eléctrico. Definición
La eficiencia energética de un motor eléctrico de inducción trifásico se define como la relación entre la potencia mecánica de salida (útil en el eje) y la potencia eléctrica de entrada que consume el motor.
En otras palabras, mide qué tan bien el motor convierte la energía eléctrica en trabajo mecánico útil, siendo el resto de la energía pérdidas internas disipadas principalmente en forma de calor.
Tipos de Pérdidas Internas
Dentro de un motor de inducción trifásico, la potencia de entrada se reparte entre la potencia útil de salida y varias categorías de pérdidas internas.
Las pérdidas principales se clasifican comúnmente en:
- Pérdidas eléctricas (óhmicas): Ocurren por el efecto Joule (I²R) en los devanados del motor.
- Pérdidas magnéticas: Debidas a fenómenos físicos en el acero laminado.
-
- Histéresis magnética o energía disipada al magnetizar y desmagnetizar repetidamente el hierro.
- Corrientes parásitas (de Foucault) inducidas en las láminas metálicas por la variación del flujo.
-
- Pérdidas mecánicas: Rozamiento o fricción en componentes mecánicos.
- Pérdidas por ventilación: resistencia del aire y el ventilador de enfriamiento.
- Pérdidas dispersas: también llamadas pérdidas adicionales o de carga debidas a efectos no ideales (flujo magnético disperso, corrientes parásitas adicionales por carga, etc.)
La suma de todas estas pérdidas, junto con la potencia útil, equivale a la potencia de entrada al motor.
Eficiencia de motores eléctricos según normas IEC y NEMA
Mundialmente existen dos estándares que definen las normas de eficiencia tanto a nivel mundial como a nivel regional. Mientras la IEC es adoptada a nivel mundial, la norma NEMA es aplicada en los Estados Unidos y Norteamérica.
Clasificaciones de eficiencia en la norma IEC
La norma IEC 60034-30-1 (2014) define clases IE (International Efficiency) para categorizar la eficiencia energética de motores eléctricos de inducción trifásicos de velocidad fija.
Existen cuatro niveles principales de eficiencia establecidos.
La IEC exige que el fabricante indique en la placa de datos del motor la clase IE alcanzada junto con la eficiencia nominal correspondiente.
Clasificación de eficiencia en la norma NEMA
En el esquema de NEMA (National Electrical Manufacturers Association), la eficiencia de motores se maneja con valores nominales y mínimos garantizados definidos en el estándar NEMA MG 1.
Históricamente, NEMA (junto con regulaciones federales de EE.UU.) ha definido dos grandes niveles de eficiencia para motores de inducción trifásicos de uso general:
Motores de Alta Eficiencia (conforme a EPACT 1992, a veces llamados Energy Efficient)
Son motores que cumplen con los niveles mínimos obligatorios de eficiencia establecidos por ley en EE.UU. desde los años 1990. Sus valores nominales de rendimiento están tabulados en NEMA MG 1 y representaban el estándar de eficiencia elevada antes de la introducción de la categoría premium.
En la práctica, la clase IE2 de IEC corresponde a este nivel de “alta eficiencia” NEMA.
Motores NEMA Premium
Son motores que cumplen o exceden un conjunto de niveles mínimos de eficiencia más exigentes que los anteriores. NEMA introdujo el programa NEMA Premium en 2001 para identificar motores de eficiencia premium superiores.
Un motor puede comercializarse con la etiqueta NEMA Premium si alcanza al menos la eficiencia nominal mínima establecida para su potencia y diseño en dichas tablas.
En términos equivalentes IEC, un motor NEMA Premium corresponde a la clase IE3.
NEMA utiliza el concepto de eficiencia nominal a plena carga, con una tolerancia para variaciones de fabricación. Para cada valor nominal tabulado, se define una eficiencia mínima asociada (ligeramente inferior) que cualquier unidad individual debe alcanzar.
Comparación de eficiencia energética (IEC vs NEMA)
Las clasificaciones IEC y NEMA utilizan nomenclaturas distintas pero criterios similares. En general, los niveles IEC han sido armonizados con los de NEMA. Por ejemplo, la clase IE2 (IEC) utiliza límites de rendimiento prácticamente idénticos a los de un motor NEMA Energy Efficient (alta eficiencia), y IE3 equivale a los requisitos de NEMA Premium Efficiency.
De hecho, al desarrollar la norma IEC 60034-30, se adoptaron directamente los valores de eficiencia de NEMA (MG 1) para las clases IE2 e IE3 en motores de 60 Hz.
A su vez, NEMA ha incorporado tablas para 50 Hz basadas en los valores IEC, facilitando la comparación directa entre sistemas.
La IEC ha ido más allá introduciendo la clase IE4 (super-premium), que en el momento de su aparición no tenía un análogo obligatorio en NEMA. Aunque fabricantes en EE.UU también ofrecen motores por encima de NEMA Premium, no existen categorías NEMA oficiales más altas que “Premium” dentro de MG 1.
Ambos estándares buscan impulsar la mejora de rendimiento. La IEC mediante una clasificación universal aplicable en diversos países (cada país luego fija requisitos mínimos, por ejemplo la UE exige IE3 actualmente para muchos motores), y NEMA mediante estándares voluntarios/legislativos en EE.UU. Por ejemplo, la ley EISA 2010 hizo obligatoria la eficiencia NEMA Premium para la mayoría de motores comerciales.
En resumen, aunque IEC y NEMA utilizan nomenclaturas distintas, sus criterios de eficiencia son comparables y actualmente se evalúan con métodos de prueba equivalentes, lo que permite una correlación directa entre las clases IE y las categorías NEMA en términos de rendimiento energético.