Ventajas de los motores conmutados electrónicamente

Los motores conmutados electrónicamente (ECM) pueden lograr ahorros de energía significativos en aplicaciones donde se requiere una fracción de caballos de fuerza. Aunque los motores NEMA Premium Efficiency con variadores de frecuencia brindan la solución más eficiente para impulsar equipos por encima de 1 hp, los ECM superan a los motores de inducción a medida que se reduce la potencia nominal.

¿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 escobilla y anillos deslizantes, 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, y esta 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 fraccionada, 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, en algunos casos por debajo del 20%.
  • Los motores de condensador de división 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 ECM es normalmente superior al 60%, lo que significa que consumen un tercio de la energía utilizada por los motores de polos sombreados en promedio.

Los ECM también se pueden fabricar con circuitos de control de velocidad incorporados, lo que les permite operar a velocidad reducida sin depender de un VFD externo. También es importante tener en cuenta que los ECM no sufren una reducción drástica en su eficiencia cuando operan por debajo de las RPM nominales. Los ECM de velocidad fija también están disponibles para aplicaciones donde el control de velocidad no es necesario.

Motores conmutados electrónicamente en aplicaciones HVAC

Los ECM son normalmente la opción más eficiente en aplicaciones de potencia fraccionada, pero tienden a ofrecer los 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 controladores de aire y evaporadores.

Como ejemplo, suponga que una cámara de almacenamiento en frío tiene una unidad de evaporación con cinco motores de polos sombreados, que consumen 900W cada uno. Se reemplazan con ECM que solo consumen 300 W cada uno.

  • Se ahorran 600 W por motor, para un total de 3000 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 ahorran 1.000 W adicionales 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.

Tenga en cuenta que esto es solo un ejemplo simple, y cada proyecto requiere un análisis detallado para conocer los ahorros exactos. Sin embargo, el beneficio de reducción de calefacción se aplica a todos los casos en los que los motores ECM se instalan en ubicaciones refrigeradas o con aire acondicionado.

El diseño sin escobillas de los ECM los hace más silenciosos que sus contrapartes menos eficientes, lo que también proporciona una ventaja de comodidad. En las aplicaciones comerciales, el funcionamiento silencioso de los ECM ayuda a los empleados a concentrarse mejor. Los ECM también son más ligeros que otros tipos de motores de potencia fraccionada, 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, ya que no pueden ofrecer la eficiencia que los caracteriza en sistemas más grandes. Los sistemas de ventilación representan una excelente oportunidad para implementar ECM, por dos razones principales:

  • Los ventiladores con potencia fraccionada son comunes, lo que significa que a menudo son impulsados ​​por motores de polo sombreado o PSC.
  • Muchos ventiladores funcionan de forma intermitente, lo que representa una posibilidad de utilizar ECM funcionando a velocidad reducida. Por ejemplo, hacer funcionar un ventilador el 80% del tiempo ahorra el 20% de la energía, mientras que hacerlo funcionar al 80% de la velocidad ahorra casi el 50%.

Los ECM son una actualización muy recomendable para los ventiladores de horno, ya que pueden lograr una distribución de temperatura mucho más uniforme con su control de velocidad, además de ofrecer los ahorros de energía que los caracterizan.

Período de amortización de las actualizaciones de ECM

Al igual que 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 solo se puede calcular con precisión después de un análisis detallado por un consultor energético profesional, pero en general se pueden esperar los siguientes resultados:

  • Reemplazar motores de polos sombreados normalmente produce un período de recuperación más rápido que reemplazar motores PSC, ya que la ganancia de eficiencia es mayor. Por supuesto, puede haber excepciones; reemplazar un motor PSC que se usa con frecuencia puede generar mayores ahorros que actualizar un motor de polos sombreados que solo se usa moderadamente.
  • Los ECM también pueden ser una opción atractiva en aparatos que requieren control de velocidad. Otros tipos de motores pueden sufrir una reducción drástica de la 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 se puede mejorar si existen programas de incentivos en la ubicación del proyecto. Por ejemplo, Con Edison ofrece reembolsos en efectivo en la ciudad de Nueva York para la instalación de ECM en refrigeradores portátiles y refrigeradores y congeladores. El incentivo se calcula en base al ahorro de energía anual, a una tasa de $ 0,16 / kWh.

Conclusión

Los motores conmutados electrónicamente (ECM) pueden lograr ahorros de energía significativos en aplicaciones de potencia fraccionada, especialmente cuando reemplazan motores de polos sombreados. Sin embargo, al igual que con cualquier mejora de la eficiencia energética, se recomienda encarecidamente la orientación profesional al 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 deben enfocarse donde se obtiene el mayor retorno 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 se dispone de un suministro trifásico.